Experimentelle Untersuchung und konstitutive Modellierung des inelastischen Verhaltens von Kabeln

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der experimentellen Untersuchung und konstitutiven Modellierung von Kabeln, die inelastisches Verhalten unter Deformationen zeigen. Kabel sind technische Bauteile, die in der zunehmend vernetzten Welt vielfältig angewendet werden und an den spezifischen Anwendungsfall angepasst werden. Der strukturelle Aufbau eines Kabels, das heißt die Bestandteile und die Geometrie, wird jeweils auf den Einsatzort abgestimmt. Der Aufbau bestimmt zudem das mechanische Verhalten des Kabels unter Last, da in Kabeln verschiedene Materialien verwendet werden, die meist in näherungsweise konzentrischen Schichten angeordnet sind. Dieser Schichtaufbau verursacht ein komplexes Deformationsverhalten von Kabeln, welches in dieser Arbeit mittels geeigneter experimenteller Methoden detailliert untersucht wird. Ein Fokus liegt dabei auf der gezielten Untersuchung des Biegeverhaltens von Kabeln hinsichtlich inelastischer Effekte wie Elastoplastizität und Schädigung. Diese Untersuchungen sind die Basis für die Modellierung des Deformationsverhaltens von Kabeln mit Hilfe von konstitutiven Gesetzen, welche im Rahmen der Cosseratbalkentheorie auf Basis der Schnittgrößen des Balkens formuliert werden. Damit können komplexe Phänomene, deren Ursachen in der Mikro- und Mesostruktur des Kabels liegen, auf der Makroebene abgebildet werden.

The present thesis deals with the experimental investigation and constitutive modelling of cables which show inelastic behavior under deformation. Cables become more relevant in different fields of application, such as the automotive industry, as the number of electronic devices constantly increases. Their compositions are specifically tailored to the respective application. The structure and composition of a cable, which usually consist of approximately concentric layers of different materials, crucially determines the mechanical behavior of the cable under load. The resulting complex deformation behavior of cables is investigated in detail using suitable experimental methods in this work. The main focus lies on the investigation of bending deformations of cables regarding inelastic effects such as elastoplasticity and damage. Those investigations are the foundation for the modelling of the deformation behavior of cables under load using constitutive equations formulated in the sectional quantities within the framework of Cosserat rod theory. This enables the simulation of complex phenomena on the macroscopic level, which are caused by material and geometrical effects on the microstructural level.