Skip to main content
Erschienen in: Journal of Materials Science 14/2008

01.07.2008

Size effects in polyurethane bonds: experiments, modelling and parameter identification

verfasst von: Michael Johlitz, Stefan Diebels, Jan Batal, Holger Steeb, Wulff Possart

Erschienen in: Journal of Materials Science | Ausgabe 14/2008

Einloggen

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

In this study we examine polyurethane bonds of varying thickness between anodised aluminium substrates. The performed shear tests showed an intriguing size effect of the kind “thinner equals softer”. This size effect occurs not only in the basic elasticity (relaxed state), but also in the viscoelastic behaviour of the tested material. The cause of such size effects is supposed to be found in the existence of so-called interphases or boundary layers, which may differ considerably from the bulk in terms of mechanical behaviour, thus having an enormous impact on thin bonds. In thick bonds, however, these interphases or boundary layers have a minor effect on the overall mechanical behaviour. To account for these experimental results in bond modelling, an extended phenomenological continuum mechanics-based model, which explicitly includes such size effects in its calculation, is developed and presented. For this purpose, an abstract structure parameter with its corresponding balance equation is established describing the formation of the interphases by means of a phase transition. This makes it possible to define the bond stiffness at a macroscopic level, without entering into the microstructure. The extended model brings up a set of model parameters, which are determined efficiently by an ES (evolution strategy). The study concludes with a summary and an outlook on our further research work.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Fußnoten
1
The extreme absorptivity of anodised surfaces becomes already obvious at this point: it is not possible to remove the marker ink, not even with acetone.
 
Literatur
1.
2.
Zurück zum Zitat Fata D, Bockenheimer C, Possart W (2005) In: Possart W (ed) Adhesion-current research and applications. Wiley-VCH, Weinheim, p 479 Fata D, Bockenheimer C, Possart W (2005) In: Possart W (ed) Adhesion-current research and applications. Wiley-VCH, Weinheim, p 479
3.
Zurück zum Zitat Krüger JK, Possart W, Bactavachalou R, Müller U, Britz T, Santuary R, Alnot P (2004) J Adhesion 80:585CrossRef Krüger JK, Possart W, Bactavachalou R, Müller U, Britz T, Santuary R, Alnot P (2004) J Adhesion 80:585CrossRef
4.
5.
Zurück zum Zitat Possart W, Krüger JK, Wehlack C, Müller U, Petersen C, Bactavatchalou R, Meiser A (2004) C R Chimie 9:60CrossRef Possart W, Krüger JK, Wehlack C, Müller U, Petersen C, Bactavatchalou R, Meiser A (2004) C R Chimie 9:60CrossRef
7.
8.
Zurück zum Zitat Bouchet J, Roche AA, Jacquelin E (2002) J Adhesion Sci Technol 16:1603CrossRef Bouchet J, Roche AA, Jacquelin E (2002) J Adhesion Sci Technol 16:1603CrossRef
9.
Zurück zum Zitat Bouchet J, Roche AA, Hamelin P (2002) Thin Solid Films 355:270 Bouchet J, Roche AA, Hamelin P (2002) Thin Solid Films 355:270
10.
Zurück zum Zitat Vanlandingham MR, Dagastine RR, Eduljee RF, McCullough RL, Gillespie JW Jr (1999) Compos Part A: Appl Sci Manuf 30:75CrossRef Vanlandingham MR, Dagastine RR, Eduljee RF, McCullough RL, Gillespie JW Jr (1999) Compos Part A: Appl Sci Manuf 30:75CrossRef
11.
12.
Zurück zum Zitat Schlimmer M, Hennemann OD, Hahn O (2004) AiF project 76 Schlimmer M, Hennemann OD, Hahn O (2004) AiF project 76
13.
Zurück zum Zitat Schlimmer M, Bornemann J (2004) Berechnung und Dimensionierung von Klebverbindungen mit der Methode der Finiten Elemente und experimentelle Überprüfung der Ergebnisse. Forschungsbericht 1-2003, Schriftenreihe des Instituts für Werkstofftechnik der Universität Kassel, Kassel Schlimmer M, Bornemann J (2004) Berechnung und Dimensionierung von Klebverbindungen mit der Methode der Finiten Elemente und experimentelle Überprüfung der Ergebnisse. Forschungsbericht 1-2003, Schriftenreihe des Instituts für Werkstofftechnik der Universität Kassel, Kassel
14.
Zurück zum Zitat Schlimmer M, Hahn O, Hennemann OD (2006) Methodenentwicklung zur Berechnung und Auslegung geklebter Stahlbauteile im Fahrzeugbau bei schwingender Beanspruchung. Proc Gemeinsame Forschung in der Klebtechnik-6. Kolloquium 21./22. Februar Schlimmer M, Hahn O, Hennemann OD (2006) Methodenentwicklung zur Berechnung und Auslegung geklebter Stahlbauteile im Fahrzeugbau bei schwingender Beanspruchung. Proc Gemeinsame Forschung in der Klebtechnik-6. Kolloquium 21./22. Februar
15.
Zurück zum Zitat Diebels S, Johlitz M, Steeb H, Batal J, Possart W (2007) J Phys: Conf Ser 62:34 Diebels S, Johlitz M, Steeb H, Batal J, Possart W (2007) J Phys: Conf Ser 62:34
16.
Zurück zum Zitat Johlitz M, Steeb H, Diebels S, Batal J, Possart W (2007) Technische Mechanik, accepted Johlitz M, Steeb H, Diebels S, Batal J, Possart W (2007) Technische Mechanik, accepted
17.
Zurück zum Zitat Johlitz M, Steeb H, Diebels S, Chatzouridou A, Batal J, Possart W (2007) J Mat Sci 42:9894CrossRef Johlitz M, Steeb H, Diebels S, Chatzouridou A, Batal J, Possart W (2007) J Mat Sci 42:9894CrossRef
20.
Zurück zum Zitat Helm D (2001) Formgedächtnislegierungen (Bericht-Nr. 3/2001 des Instituts für Mechanik, Kassel Helm D (2001) Formgedächtnislegierungen (Bericht-Nr. 3/2001 des Instituts für Mechanik, Kassel
22.
23.
Zurück zum Zitat Capriz G (1980) Continua with microstructures. Springer, New York Capriz G (1980) Continua with microstructures. Springer, New York
25.
29.
Zurück zum Zitat Alts T (1979) Prog Coll Pol Sci S 66:7367 Alts T (1979) Prog Coll Pol Sci S 66:7367
30.
31.
Zurück zum Zitat Haupt P, Lion A (2001) A generalisation of the Mooney-Rivlin model to finite linear viscoelasticity Constitutive Models for Rubber. Swets & Zeitlinger, London Haupt P, Lion A (2001) A generalisation of the Mooney-Rivlin model to finite linear viscoelasticity Constitutive Models for Rubber. Swets & Zeitlinger, London
35.
37.
Zurück zum Zitat Keck J (1998) Zur Beschreibung finiter Deformationen von Polymeren, Experimente, Modellbildung, Parameteridentifikation und Finite-Elemente-Formulierung. Bericht-Nr. I-5 des Instituts für Mechanik (Bauwesen), Stuttgart Keck J (1998) Zur Beschreibung finiter Deformationen von Polymeren, Experimente, Modellbildung, Parameteridentifikation und Finite-Elemente-Formulierung. Bericht-Nr. I-5 des Instituts für Mechanik (Bauwesen), Stuttgart
38.
Zurück zum Zitat Reese S (2001) Thermomechanische Modellierung gummiartiger Polymerstrukturen. F01/4 Institut für Baumechanik und Numerische Mechanik, Hannover Reese S (2001) Thermomechanische Modellierung gummiartiger Polymerstrukturen. F01/4 Institut für Baumechanik und Numerische Mechanik, Hannover
41.
42.
Zurück zum Zitat Reese S, Wriggers P (1999) Modelling of the thermomechanical material behaviour of rubber-like polymers-micromechanical motivation and numerical simulation (Dorfmann & Muhr (eds) Rotterdam, 1999), p 13 Reese S, Wriggers P (1999) Modelling of the thermomechanical material behaviour of rubber-like polymers-micromechanical motivation and numerical simulation (Dorfmann & Muhr (eds) Rotterdam, 1999), p 13
46.
Zurück zum Zitat Lion A (2000) Thermomechanik von Elastomeren. Bericht-Nr. 1/2000 des Instituts für Mechanik, Kassel Lion A (2000) Thermomechanik von Elastomeren. Bericht-Nr. 1/2000 des Instituts für Mechanik, Kassel
47.
Zurück zum Zitat Sedlan K (2001) Viskoelastisches Materialverhalten von Elastomerwerkstoffen, Experimentelle Untersuchung und Modellbildung. Berichte des Instituts für Mechanik (2/2001), Universität Gesamthochschule Kassel, Kassel Sedlan K (2001) Viskoelastisches Materialverhalten von Elastomerwerkstoffen, Experimentelle Untersuchung und Modellbildung. Berichte des Instituts für Mechanik (2/2001), Universität Gesamthochschule Kassel, Kassel
49.
Zurück zum Zitat Amin AFMS, Alam MS, Okui Y (2003) J Test Eval 31(6):524 Amin AFMS, Alam MS, Okui Y (2003) J Test Eval 31(6):524
50.
51.
Zurück zum Zitat Laiarinandrasana L, Piques R, Robisson A (2003) Int J Plasticity 19:977CrossRef Laiarinandrasana L, Piques R, Robisson A (2003) Int J Plasticity 19:977CrossRef
52.
59.
Zurück zum Zitat Ihlemann J (2002) Kontinuumsmechanische Nachbildung hochbelasteter technischer Gummiwerkstoffe. Institut für Mechanik (Maschinenbau) Universität Hannover, Hannover Ihlemann J (2002) Kontinuumsmechanische Nachbildung hochbelasteter technischer Gummiwerkstoffe. Institut für Mechanik (Maschinenbau) Universität Hannover, Hannover
61.
68.
Zurück zum Zitat Scheday G (2003) Theorie und Numerik der Parameteridentifikation von Materialmodellen der finiten Elastizität und Inelastizität auf der Grundlage optischer Feldmessmethoden. Bericht-Nr. I-11 des Instituts für Mechanik (Bauwesen), Stuttgart Scheday G (2003) Theorie und Numerik der Parameteridentifikation von Materialmodellen der finiten Elastizität und Inelastizität auf der Grundlage optischer Feldmessmethoden. Bericht-Nr. I-11 des Instituts für Mechanik (Bauwesen), Stuttgart
69.
Zurück zum Zitat Schwefel HP (1995) Evolution and Optimum Seeking. Wiley, New York Schwefel HP (1995) Evolution and Optimum Seeking. Wiley, New York
70.
Zurück zum Zitat Rechenberg I (1973) Evolutionsstrategie: optimierung technischer Systeme nach Prinzipien der biologischen Evolution. Frommann-Holzboog, Stuttgart Rechenberg I (1973) Evolutionsstrategie: optimierung technischer Systeme nach Prinzipien der biologischen Evolution. Frommann-Holzboog, Stuttgart
Metadaten
Titel
Size effects in polyurethane bonds: experiments, modelling and parameter identification
verfasst von
Michael Johlitz
Stefan Diebels
Jan Batal
Holger Steeb
Wulff Possart
Publikationsdatum
01.07.2008
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Materials Science / Ausgabe 14/2008
Print ISSN: 0022-2461
Elektronische ISSN: 1573-4803
DOI
https://doi.org/10.1007/s10853-008-2674-2

Weitere Artikel der Ausgabe 14/2008

Journal of Materials Science 14/2008 Zur Ausgabe

    Marktübersichten

    Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen.