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Thermodynamically compatible modeling, determination of material parameters, and numerical analysis of nonlinear rheological materials

Abali, Bilen Emek

Thermodynamische Prozesse werden durch die Feldgleichungen beschrieben, die aus den Bilanzleichungen und konstitutiven Gleichungen gewonnen werden. Nichtlineare Konstitutivgleichungen sind zur Beschreibung der Strömungsprozesse der Kunststoffe oder des Verhaltens der Adhesivklebemittel unter thermischer Belastung notwendig. Die Entwicklung solcher nichtlinearen konstitutiven Beziehungen aus thermodynamischen Prinzipien wird gemäß der gewöhnlichen und erweiterten irreversiblen Thermodynamik dargestellt. Mithilfe einer energiebasierten Methode werden die Materialkennwerte in diesen konstitutiven Gleichungen bestimmt. Diese Methode wird beschrieben und auf ein (nicht ausgehärtetes) Klebemittel aus Epoxy mittels eines Kegel-Platte-Rheometers angewendet. Die Bilanz- und konstitutiven Gleichungen ergeben ein gekoppeltes, nichtlineares Differentialgleichungssystem, welches für diverse Prozesse analytisch und numerisch gelöst wird.
A thermodynamical system can be described by the field equations that are governed by the balance equations and the appropriate constitutive equations. For polymer melts or adhesives under thermal loading nonlinear constitutive equations are necessary. The development of nonlinear constitutive relations compatible with the thermodynamical principles is presented according to ordinary and extended irreversible thermodynamics. The necessary material constants in these constitutive equations are obtained by exploiting an energy based method. This method is demonstrated and applied for an epoxy (non-cured) adhesive measured in a cone-plate rheometer. The balance and constitutive equations result in a set of nonlinear and coupled field equations that is solved with analytical and numerical techniques for various problems.