Berechnung mechanischer Papiereigenschaften in Abhängigkeit von der Faser-Füllstoff-Struktur und den spezifischen Eigenschaften der Einzelkomponenten:
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München
Papiertechnische Stiftung
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| adam_text | BERECHNUNG MECHANISCHER PAPIEREIGENSCHAFTEN
IN ABHÄNGIGKEIT VON DER FASER-FÜLLSTOFF-STRUKTUR
UND DEN SPEZIFISCHEN EIGENSCHAFTEN
DER EINZELKOMPONENTEN
PROJEKTLEITER
Dr sc nat Frank Goedsche
AUTOREN
Dr sc nat Frank Goedsche
Dipl -Math Horst Wawrzyn
Laufzeit
01 01 1994-31 12 1995
ISSN 0937-2091
Papiermechanik PTS-FB 15/96____________________________________________________________III
Inhaltsverzeichnis
Zusammenfassung 1
1 Wissenschaftliche und wirtschaftliche Ausgangssituation
- Problemstellung und Forschungsziel 3
2 Netzwerkstatistische Analyse der Papierstruktur 6
2 1 Faser-Netzwerk-Struktur und mechanische Eigenschaften
von Papier 6
2 2 Volumen-Fraktionen der Komponenten und Dichtefunktionen 7
2 3 Mittlere Einzelfaser-Geometrie und mittlere Zahl der Fasern
pro Flächen- und Volumeneinheit 8
2 4 Elemente der Netzwerk-Statistik 10
2 5 Modelle für die Volumen-Fraktion der Bindungsphase 13
2 6 Reduzierung der Faser-Faser-Bindungsfläche durch
angelagerte Füllstoff-Teilchen 15
2 7 Netzwerk-Parameter und „in-plane“-elastische Konstanten
einer Papierschicht 17
3 Effektiver Elastizitätstensor von Papier-Werkstoffen 22
3 1 Mikromechanische Charakterisierung der Komponenten-Phasen 22
311 Faser-Bindungskomponente als Matrix 22
312 Faser-Material 24
313 Poren-Phase 27
314 Füllstoff-Komponenten 28
3 2 Elastische Module von Papieren mit transversal-isotroper
Laborblatt-Symmetrie nach dem Mori-Tanaka-Verfahren 30
3 3 Elastische Module von anisotropen Papieren mit orthotroper
Maschinenblatt-Symmetrie nach dem Mori-Tanaka-Verfahren 33
PTS-Forschungsberichte
Papiermechanik PTS-FB 15/96
IV
3 4 Voigt-Reuss-Schranken für die effektiven elastischen Module
von isotropen und anisotropen Papieren 39
341 Papiere mit transversal-isotroper Laborblatt-Symmetrie 39
342 Papiere mit orthotroper Maschinenblatt-Symmetrie 41
4 Ergebnisse der mikromechanischen Simulation 43
4 1 Experimentelle Verifizierung der Simulationsergebnisse 43
4 2 Simulation von Laborblättern 51
421 Einfluß von Komponenten-Eigenschaften, Rohdichte
und Faser-Morphologie auf die effektiven elastischen Module 51
422 Füllstoff-Einflüsse auf die elastischen Module 56
4 3 Simulation von Maschinenblättern 57
431 Anisotropie der elastischen „ln-plane“-Module 57
432 Füllstoff-Einflüsse auf Module und Anisotropie-Verhältnis 59
4 4 Zur Optimierung der elastischen Eigenschaften von Papier-
Werkstoffen 60
5 Anwendung und wirtschaftliche Bedeutung der Forschungs-
ergebnisse 61
Anhang
AI Tensor-Darstellungen und geometrische Symmetrie 63
A1 1 Tensoren 2 und 4 Ordnung 63
AI 2 Basis-Tensoren-Darstellung für isotrope Tensoren 4 Ordnung 65
AI 3 Basis-Tensoren-Darstellung für transversal-isotrope Tensoren
4 Ordnung 67
AI 4 Voigt-Darstellung isotroper, transversal-isotroper und orthotroper
Material-Tensoren 4 Ordnung 73
PTS-Forschungsberichte
Papiermechanik PTS-FB 15/96
V
A2 Orientierungsmittelung von Tensorgrößen 4 Ordnung 82
A2 1 Orientierungsmittelung bei vollständiger drei-dimensionaler Stochastik 82
A2 2 Zwei-dimensionale planare Orientierungsmittelung 83
A3 Berechnung der orientierungsgemittelten effektiven elastischen
Material-Tensoren nach der Mori-Tanaka-Methode 93
A3 1 Vorgegebene homogene Makro-Stress als Randbedingung
bzw vorgegebene Traktion auf der Komposit-Oberfläche
und Berechnung des effektiven Komplianztensors 93
A3 2 Vorgegebene homogene Makro-Strain als Randbedingung
bzw vorgegebenes Verschiebungsfeld auf der Komposit-Oberfläche
und Berechnung des effektiven Elastizitätstensors 99
A3 3 Zur Unität der effektiven elastischen Mori-Tanaka-Module 101
A3 4 Zur alternativen Ableitung des effektiven Elastizitätstensors
nach der Mori-Tanaka-Approximation 102
A3 5 Komponenten-Darstellung des Eshelby-Tensors 104
A3 6 Approximativer Eshelby-Tensor für nicht-perfekt gebundene
Füllstoff-Teilchen 108
A4 Orientierungsgemittelte Schranken für die effektiven elastischen
Material-T ensoren 110
A4 1 Voigt-Reuss-Schranken für den effektiven Elastizitätstensor 110
A4 2 Hashin-Shtrikman-Walpole-Schranken für die effektiven elastischen
Module von Kompositen 113
Literaturangaben • 115
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