Gastvortrag von Prof. Sanjay Govindjee

Prof. Sanjay Govindjee ist Professor für Mechanics and Computation am Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwesen der University of California und spezialisiert auf Festkörpermechanik, Finite-Elemente-Methoden, Computational Mechanics und multiskalige Materialmodellierung. Er hat Abschlüsse von der Stanford University (Ph.D., M.S.) und dem Massachusetts Institute of Technology (S.B.). Seine Forschungsschwerpunkte liegen in den Bereichen theoretische und computergestützte Festkörpermechanik, Konstitutionstheorie und Mikromechanik. Er hat über 100 Publikationen veröffentlicht und zahlreiche Gastvorträge weltweit gehalten. Prof. Govindjee ist Fellow der ASCE und der US Association for Computational Mechanics, Preisträger des Humboldt-Forschungspreises und Mitglied der Redaktion führender Fachzeitschriften für Mechanik. Er hat sich intensiv in Fachverbänden engagiert, wichtige Konferenzen geleitet und zahlreiche Doktoranden und Postdoktoranden betreut, wodurch er sich als führende Persönlichkeit in der Forschung und Lehre im Bereich der Computational Mechanics und Festkörpermechanik etabliert hat.

Er war Gast am Institut für Statik und Dynamik der Tragwerke der TU Dresden und hielt einen Vortrag zum Thema „Physik und Modelle für Flüssigkristall-Elastomere”.

Abstrakt:

Flüssigkristall-Elastomere (LCEs) sind eine faszinierende Materialklasse, die sowohl weiches und halbweiches elastisches Verhalten als auch ein etwas weniger erforschtes viskoelastisches Verhalten aufweisen. Diese Materialien bestehen aus Flüssigkristallmolekülen und Polymerisationsmitteln, die einen Feststoff bilden, der sich wie ein Elastomer, aber auch wie ein Flüssigkristall verhält. Das Zusammenspiel dieser beiden Eigenschaften führt zu einer Vielzahl komplexer makroskopisch beobachtbarer Phänomene, darunter beispielsweise optische Ansteuerung, extreme Weichheit, Musterbildung und hohe Dämpfung, um nur einige zu nennen.

In diesem Vortrag werde ich eine allgemeine Einführung in die Physik dieser einzigartigen Materialien sowohl auf mikroskopischer als auch auf makroskopischer Ebene geben. Dies wird zu Einblicken in die seit langem etablierten Modelle führen, die zum Verständnis ihres elastischen Verhaltens verwendet werden. Dabei werden auch Modelle berücksichtigt, die zeitabhängiges (d. h. viskoelastisches) Verhalten erklären können – ein Aspekt, der in der Literatur noch wenig erforscht ist – sowie rechnerische Überlegungen.

Der Schwerpunkt liegt auf Mono-Domänen-Flüssigkristall-Elastomeren, die sowohl eine viskose Director-Reaktion als auch eine viskoelastische Elastomer-Netzwerk-Reaktion aufweisen. Der Modellierungsrahmen wird auf der Kontinuumsskala aufgebaut, wobei die formalen Prinzipien der Invarianz der aufgewendeten Energie verwendet werden, um maßgebliche Gleichgewichtsgesetze zu entwickeln, die Lasten berücksichtigen, die direkt auf Kontinuumsebene eine Verdrehung bewirken können. Dieser Ansatz wird mit Argumenten zur Dissipation der freien Energie kombiniert, um die konstitutiven Beziehungen auf der Grundlage hypothetischer funktionaler Abhängigkeiten der freien Energiefunktion zu beschränken. Der daraus resultierende mathematische Rahmen liefert natürliche und intuitive Evolutionsgesetze für die viskose Kinematik. Die Nützlichkeit des Modells wird durch Vergleiche mit experimentellen Daten demonstriert, wobei sowohl seine Stärken als auch die für technische Anwendungen von LCEs relevanten warnenden Erkenntnisse hervorgehoben werden.

Wir danken Prof. Govindjee und allen Teilnehmenden!