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Fließgrenze

Ist die Fließgrenze eine Materialeigenschaft oder abhängig von der Auswertemethode?

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Eine weitere Möglichkeit, Fließgrenzen zu bestimmen, stellen Oszillationsversuche dar. Zur Bestimmung der Fließgrenze kann mithilfe von Oszillationsversuchen ein Amplitudensweep durchgeführt werden. In diesem Versuch wird die Kreisfrequenz, mit der sich das Messsystem bewegt, konstant gehalten und die Deformation (die Amplitude) stufenförmig erhöht.

Es werden, vereinfacht gesagt, die beiden Module G‘ und G‘‘ gemessen. G‘ steht für den elastischen Anteil einer Probe (gespeicherte Energie), G‘‘ für den viskosen Anteil (dissipierte Energie). Liegt bei kleinen Deformationen der Wert von G‘ über dem von G‘‘, handelt es sich bei der Probe um einen viskoelastischen Festkörper. Verhält es sich umgekehrt (G‘‘ über G‘), handelt es sich um eine viskoelastische Flüssigkeit. Das Diagramm eines Amplitudensweeps zeigt G‘ und G‘‘ auf der y-Achse und die Deformation auf der x-Achse (s. Abb. 5).

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Im Bereich kleiner Deformationen verlaufen G‘ und G‘‘ parallel zur x-Achse. Dieser Bereich wird linear viskoelastischer Bereich genannt, kurz LVE-Bereich. In diesem Bereich wird die innere Struktur der Probe nicht durch die Messvorgaben beeinflusst. Der Schubspannungswert am Ende dieses LVE-Bereichs, wenn der Wert von G‘ abzufallen beginnt, wird als Nachgebgrenze bezeichnet. Die innere Struktur beginnt dann schwächer zu werden und die Probe wird nun zwar flexibler, fließt jedoch noch nicht, da G‘ immer noch größer ist als G‘‘. Als Fließgrenze wird der Kreuzungspunkt zwischen G‘ und G‘‘ ausgewertet. Ab diesem Punkt verhält sich die Probe wie eine viskoelastische Flüssigkeit. In Abbildung 6 werden die Module G‘ und G‘‘ (y-Achse) über der Schubspannung dargestellt, sowie die Nachgebgrenze und die Fließgrenze.

Der Bereich zwischen Nachgebgrenze und Fließgrenze wird Nachgiebigkeitsbereich genannt. Hier verändert die Probe ihr Verhalten. Die Struktur wird schwächer, bis zu dem Punkt, an dem die von außen wirkenden Kräfte die innere Struktur so weit geschwächt haben, dass die Probe zu fließen beginnt. Die im „gamma/tau“-Diagramm und bei sehr niedrigen Scherraten ermittelte Fließgrenze liegt typischerweise zwischen Nachgebgrenze und Fließgrenze.

Zusammenfassung

Mittels moderner Messmethoden und immer empfindlicherer Messgeräte ist es möglich, die Fließgrenze immer präziser und auf verschiedene Arten zu bestimmen. Jedoch zeigt sich, dass die ermittelte Fließgrenze stark von der Auswertemethode, dem gewählten Auswertebereich und der Kurvenform abhängt. Der Fließgrenzenwert sollte deshalb immer mit der verwendeten Auswertemethode angegeben werden.

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