Mehnert, Markus, Dr.-Ing.

Dr.-Ing. Markus Mehnert

Department Maschinenbau (MB)
Lehrstuhl für Technische Mechanik (LTM, Prof. Steinmann)

Raum 00.042
Egerlandstr. 5
91058 Erlangen

Telefon: +49 9131 85-20993
Faxnummer: +49 9131 85-28503
E-Mail: markus.mehnert@fau.de
Webseite: https://www.ltm.tf.fau.de/person/markus-mehnert-dr-ing/

Modellierung und Simulation nichtlinear elektro-thermo-visko-elastischer EAPs (Electronic Electro-Active Polymers)

(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

Projektleitung: Paul Steinmann
Projektstart: 1. Januar 2014
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

Abstract:

Das beantragte Forschungsvorhaben beschäftigt sich mit der numerischen Simulation und der Modellierung des Verhaltens von EEAPs (Electronic Electro-Active Polymers) unter dem Einfluss elektrischer Belastungen. Obwohl bereits Arbeiten vorliegen, die das Verhalten von EEAPs prinzipiell beschreiben, bedarf es noch weiterer Anstrengungen um die elektro-thermo-mechanische Wechselwirkung in einem Kontinuumskörper zu modellieren, der einerseits großen Formänderungen unterliegt und andereseits dem Einfluss des den Körper umgebenden Raums ausgesetzt ist. Zum Einen existieren derzeit keine thermodynamisch konsistenten Materialmodelle die gleichermaßen große Formänderungen, die nicht-lineare elektrische Polarisation, die Viskoelastizität und die temperaturabhängigen elektro-mechanischen Eigenschaften von EEAPs berücksichtigen. Zum Anderen gibt es derzeit keine Software, die das gleichzeitige Auftreten dieser multiphysikalischen Effekte in einer einheitlichen Simulationsumgebung erfassen kann. Weiterhin berücksichtigt der Großteil der EEAP-bezogenen Arbeiten in der Literatur nicht den Einfluss des einen Kontinuumskörper umgebenden Raums und kann daher lediglich zur Beschreibung kondensator-ähnlicher Strukturen, deren Dicke im Vergleich zu den übrigen geometrischen Abmessungen sehr klein ist, herangezogen werden. In diesem Forschungsvorhaben soll das Verhalten von EEAPs unter Berücksichtigung des elektro-thermo-visko-elastischen Verhaltens modelliert und mit Hilfe der Methode der finiten Elemente (FEM) und der Randelementmethode (BEM) simuliert werden. Die FEM wird hierbei verwendet, um die EEAP-Struktur zu beschreiben und die BEM soll verwendet werden, um den Einfluss des umgebenden Raums zu simulieren. Neben der numerischen Simulation der elektro-thermo-mechanischen Wechselwirkung in EEAPs soll ebenfalls die numerische Auswertung der materiellen Kräfte in EEAP-Strukturen mit Defekten unter Berücksichtigung elektro-thermo-visko-elastischer Effekte Anwendung finden. Materielle Kräfte können etwa in der Vorhersage der Rissausbreitung in EEAP-basierten Strukturen unter der Wirkung elektrischer Belastungen Verwendung finden.

Publikationen:

2024

Mehnert M., Moreno Mateos MA., Griwatz JH., Müsse S., Wegner HA., Steinmann P.:
Experimental and numerical investigation of the photo-mechanical response of azobenzene filled soft elastomers, Part I: Experimental investigations
In: Extreme Mechanics Letters (2024), S. 102182
ISSN: 2352-4316
DOI: 10.1016/j.eml.2024.102182
Moreno Mateos MA., Mehnert M., Steinmann P.:
Electro-mechanical actuation modulates fracture performance of soft dielectric elastomers
In: International Journal of Engineering Science 195 (2024), Art.Nr.: 104008
ISSN: 0020-7225
DOI: 10.1016/j.ijengsci.2023.104008

2022

Mehnert M., Faber J., Hossain M., Chester SA., Steinmann P.:
Experimental and numerical investigation of the electro-mechanical response of particle filled elastomers - Part I: Experimental investigations
In: European Journal of Mechanics A-Solids 96 (2022), Art.Nr.: 104651
ISSN: 0997-7538
DOI: 10.1016/j.euromechsol.2022.104651
Mehnert M., Faber J., Hossain M., Chester SA., Steinmann P.:
Experimental and numerical investigations of the electro-mechanical response of particle filled elastomers—Part II: Continuum modeling approach
In: European Journal of Mechanics A-Solids 96 (2022), Art.Nr.: 104661
ISSN: 0997-7538
DOI: 10.1016/j.euromechsol.2022.104661
Mehnert M., Oates W., Steinmann P.:
Numerical modeling of nonlinear photoelasticity
In: International Journal for Numerical Methods in Engineering (2022)
ISSN: 0029-5981
DOI: 10.1002/nme.7177
Stanisauskis E., Mashayekhi S., Pahari B., Mehnert M., Steinmann P., Oates W.:
Fractional and fractal order effects in soft elastomers: Strain rate and temperature dependent nonlinear mechanics
In: Mechanics of Materials 172 (2022), Art.Nr.: 104390
ISSN: 0167-6636
DOI: 10.1016/j.mechmat.2022.104390

2021

Mehnert M., Hossain M., Steinmann P.:
A complete thermo-electro-viscoelastic characterization of dielectric elastomers, Part I: Experimental investigations
In: Journal of the Mechanics and Physics of Solids (2021), S. 104603
ISSN: 0022-5096
DOI: 10.1016/j.jmps.2021.104603
Mehnert M., Hossain M., Steinmann P.:
A complete thermo-electro-viscoelastic characterization of dielectric elastomers, Part II: Continuum modeling approach
In: Journal of the Mechanics and Physics of Solids 157 (2021), S. 104625
ISSN: 0022-5096
DOI: 10.1016/j.jmps.2021.104625
Mehnert M., Oates W., Steinmann P.:
A geometrically exact continuum framework for light-matter interaction in photo-active polymers I. Variational setting
In: International Journal of Solids and Structures 226-227 (2021), Art.Nr.: 111073
ISSN: 0020-7683
DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2021.111073

2020

Hasegawa R., Mehnert M., Mergheim J., Steinmann P., Kakimoto K.:
Behavior of vibration energy harvesters composed of polymer fibers and piezoelectric ceramic particles
In: Sensors and Actuators A-Physical 303 (2020), Art.Nr.: 111699
ISSN: 0924-4247
DOI: 10.1016/j.sna.2019.111699
Liao Z., Hossain M., Yao X., Mehnert M., Steinmann P.:
On thermo-viscoelastic experimental characterization and numerical modelling of VHB polymer
In: International Journal of Non-Linear Mechanics 118 (2020), Art.Nr.: 103263
ISSN: 0020-7462
DOI: 10.1016/j.ijnonlinmec.2019.103263

2019

Mehnert M., Mokarram H., Steinmann P.:
Experimental and numerical investigations of the electro-viscoelastic behavior of VHB 4905TM
In: European Journal of Mechanics A-Solids 77 (2019), Art.Nr.: 103797
ISSN: 0997-7538
DOI: 10.1016/j.euromechsol.2019.103797
Mehnert M., Steinmann P.:
On the influence of the compliant electrodes on the mechanical behavior of VHB 4905
In: Computational Materials Science 160 (2019), S. 287-294
ISSN: 0927-0256
DOI: 10.1016/j.commatsci.2019.01.011

2018

Mehnert M., Mathieu-Pennober T., Steinmann P.:
On the Influence of the Coupled Invariant in Thermo-Electro-Elasticity
In: Generalized Models and Non-classical Approaches in Complex Materials, 2018, S. 533-554
DOI: 10.1007/978-3-319-72440-9_28
Mehnert M., Mokarram H., Steinmann P.:
Numerical modelling of thermo-electro-viscoelasticity with field-dependent material parameters
In: International Journal of Non-Linear Mechanics 106 (2018), S. 13-24
ISSN: 0020-7462
DOI: 10.1016/j.ijnonlinmec.2018.08.016

2017

Mehnert M., Mokarram H., Steinmann P.:
Towards a thermo-magneto-mechanical coupling framework for magneto-rheological elastomers
In: International Journal of Solids and Structures (2017)
ISSN: 0020-7683
DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2017.08.022
Mehnert M., Pelteret JP., Steinmann P.:
Numerical modelling of nonlinear thermo-electro-elasticity
In: Mathematics and Mechanics of Solids (2017)
ISSN: 1081-2865
DOI: 10.1177/1081286517729867

2016

Mehnert M., Mokarram H., Steinmann P.:
On nonlinear thermo-electro-elasticity
In: Proceedings of the Royal Society A-Mathematical Physical and Engineering Sciences (2016)
ISSN: 1364-5021

2015

Mehnert M., Fillep S., Mergheim J., Steinmann P.:
Computational Homogenization of Micromechanically Resolved Textile Materials
Will S., Bräuer A., Hankel R., Mehnert M., Schuster J.:
A Raman technique applicable for the analysis of the working principle of promoters and inhibitors of gas hydrate formation
In: Journal of Raman Spectroscopy 46 (2015), S. 1145-1149
ISSN: 0377-0486
DOI: 10.1002/jrs.4744