Anstrengungshypothesen für Polymerwerkstoffe

Zusammenfassung

Anstrengungshypothesen für Konstruktionswerkstoffe werden oft aus Annahmen über die für die Werkstoffanstrengung maßgeblichen Kenngrößen aufgestellt, durch experimentelle Ergebnisse über den Fließbeginn des Werkstoffs überprüft und formal auf einen beliebigen Beanspruchungszustand übertragen.

Anstrengungshypothesen für polymere Konstruktionswerkstoffe können aus der Theorie des plastischen Potentials gewonnen werden, nach welcher der Fließbeginn des Werkstoffs durch eine Kombination der angelegten Spannungen allein hervorgerufen wird. Das Potential wird aber für den allgemeinen Fall der Anisotropie zur Regulierung der bei Kunststoffen festgestellten plastischen Kompressibilität als Funktion des Spannungstensors angesetzt. Zur Berücksichtigung des Bauschinger-Effekts werden statt der Lastspannungen Gesamtspannungen eingeführt, die als Superposition aus Last- und Eigenspannungen ermittelt werden. Für den Sonderfall der Orthotropie erhält man so 15 unabhängige Stoffwerte, die am exaktesten aus einachsigen Grundversuchen ermittelt werden. Durch Berücksichtigung einer Teilbedingung für plastische Volumenkonstanz kann eine weitere Reduktion der Anisotropiekoeffizienten vorgenommen werden. Der Übergang von der Anisotropie zur Isotropie liefert eine Fließbedingung, in der die zweite Invariante des Spannungsdeviators eine ungerade, nichtlineare Funktion des hydrostatischen Spannungszustandes ist. Als Sonderfälle folgen aus diesem Kriterium die lineare Bedingung von Drucker und Prager sowie der von Misessche Ansatz.

Summary

This paper uses as a starting point the plastic potential for pressure-dependent anisotropic solids. It is proposed that the yielding of an anisotropic material is governed by the “distortion” tensor of rank 4 and the “translation” tensor or rank 2. The translation tensor introduced corresponding to residual stress describes both the initial strength differential effect and the Bauschinger phenomenon. The proposed potential leads to an orthotropic yield criterion which seems more fundamental than the Hill condition, even if further modified to account for the pressure dependence of yielding.

If the solid is isotropic the anisotropic coefficients can be taken as a linear combination of the isotropic tensor of order 2. The corresponding isotropic potential leads to the non-linear and the linear pressure-dependent von Mises criteria.

The yield locus studies of both orthotropic and isotropic polymers support the proposed plastic potential in its prediction of the macroscopic yielding of pressure-dependent solids.