viskoelastischem

Viskoelastizität bezeichnet das charakteristische Verhalten von Materialien, die sowohl elastische als auch viskose Anteile besitzen. Elastische Komponenten speichern Energie und kehren nach Dehnung oder Belastung teilweise in ihre ursprüngliche Form zurück, während viskose Anteile Energie durch dissipative Prozesse verlieren. Dadurch reagiert ein viskoelastisches Material zeitabhängig, und seine Deformation hängt von der Belastungsrate, der Temperatur und der Dauer der Belastung ab. Typische Beispiele sind Polymere, Gelstoffe und biologische Gewebe.

Zur Beschreibung des Verhaltens werden einfache Gliederkettenmodelle verwendet, etwa das Maxwell-Glieds-System (Feder und Dämpfer in Reihe) oder das Kelvin-Voigt-Modell (Feder und Dämpfer parallel). Realistischere Darstellungen nutzen das Standard Linear Solid-Modell, das Burgers-Modell oder Prony-Reihen. Typische Phänomene sind Kriechen unter konstanter Spannung, Relaxation der Spannung bei konstanter Dehnung und Hysterese bei zyklischer Belastung.

Messungen liefern Größen wie das Speicher- oder Eigenspeicher-Modul E’ und das Verlustmodul E’’, sowie das komplexe Modul E* und den Phasenwinkel δ. Dynamische Mechanische Analysen erfassen das Verhalten bei unterschiedlichen Frequenzen und Temperaturen. Weiterhin werden creep-J(t) und Relaxations-G(t) untersucht, oft unterstützt durch Zeit-Temperatur-Superposition, um Materialverhalten über breite Zeit- und Temperaturbereiche zu vergleichen.

Viskoelastizität ist wesentlich für Kunststoffe, Klebstoffe, Dichtungen, Beschichtungen und biologische Gewebe. Das Verständnis ermöglicht die Auslegung von Bauteilen mit gewünschter Dämpfung, Steifigkeit und Formstabilität sowie die Entwicklung von Materialien, die unter wechselnden Lasten zuverlässig funktionieren.