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Elasticity and Morphology of Wet Fiber Networks

dc.contributor.advisorHerminghaus, Stephan Prof. Dr.de
dc.contributor.authorClaussen, Jann Ohlede
dc.date.accessioned2011-12-05T15:32:36Zde
dc.date.accessioned2013-01-18T13:43:15Zde
dc.date.available2013-01-30T23:51:13Zde
dc.date.issued2011-12-05de
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-B53C-5de
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-2952
dc.description.abstractMaterialien auf Faserbasis sind in vielen technischen Anwendungen zu finden. Das Studium ihrer mechanischen Eigenschaften ist ein interessantes Gebiet, das in der Vergangenheit vor dem Hintergrund von Anwendungen in der Textil- und Papierindustrie, aber auch modernen Kompositwerkstoffen bearbeitet wurde. In vielen Anwendungen führt die Anwesenheit von Feuchtigkeit in der Umgebung zur Kondensation von Flüssigkeiten im Inneren des Fasernetzwerkes. Sobald sich Flüssigkeitsgrenzflächen ausbilden, entstehen jedoch durch die Kappilarwirkung innere Spannungen im Material.In dieser Arbeit untersuchen wir die Auswirkungen von kapillaren Spannungen auf ein ungeordnetes, zweidimensionales Netzwerk elastischer Fasern. Zu diesem Zweck untersuchen wir zunächst die Morphologien einer Flüssigkeitsbrücke, die sich zwischen zwei zylindrischen Fasern ausbildet, sowie die von ihr hervorgerufenen Kräfte. Daraufhin führen wir ein zweidimensionales Modellsystem für ungeordnete Fasernetzwerke ein, in dem kapillare Wechselwirkungen an den Überkreuzungspunkten stattfinden. Nach einer Übersicht über die topologischen Eigenschaften solch eines Netzwerkmodells stellen wir eine Methode zur Computersimulation eines elastischen Fasernetzwerkes vor, das in Wechselwirkung zu einer benetzenden Flüssigkeit steht, die sich in den Faserzwischenräumen ansammelt und somit das Netzwerk verformt. Wir überprüfen dieses Modell durch Vergleich mit analytischen Vorhersagen in einem simplen Testfall und stellen schließlich Computerexperimente vor, in denen die Deformationen des Netzwerkes in Abhängigkeit der wichtigsten Modellparameter, der Faserdichte und der kapillaren Wechselwirkungsstärke charakterisiert werden.de
dc.format.mimetypeapplication/pdfde
dc.language.isoengde
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/de
dc.titleElasticity and Morphology of Wet Fiber Networksde
dc.typedoctoralThesisde
dc.title.translatedElastizität und Morphologie Feuchter Fasernetzwerkede
dc.contributor.refereeHerminghaus, Stephan Prof. Dr.de
dc.date.examination2011-11-24de
dc.subject.dnb530 Physikde
dc.description.abstractengFibrous materials are very commonplace in current technological applications. The study of their mechanics is an interesting topic that has previously been inspired by applications in the textile and paper industries, but also by modern composite materials. In many applications, humidity of the ambient atmosphere leads to condensation of liquid in a fiber network. Once liquid interfaces form, capillary effects lead to internal mechanical stresses.In this work, we investigate the effects of capillary stresses on disordered, two-dimensional networks of elastic fibers. To that end, we first study the morphologies and induced stresses of a liquid bridge forming between two cylindrical fibers. Then, we introduce a two-dimensional model system for disordered fiber networks with liquid interactions taking place at fiber crossings. After an overview of the topological properties of such a model network, we introduce a method for computer simulation of an elastic network in the presence of a wetting liquid that can accumulate in the fiber interstices and thereby deform the network. We test the model by comparison with analytical theory in a simple test case, and finally we present computer experiments characterizing the network deformation as a function of the most important model parameters, the fiber density and the capillary interaction strength.de
dc.contributor.coRefereeMüller, Marcus Prof. Dr.de
dc.subject.topicPhysicsde
dc.subject.gerFasernde
dc.subject.gerNetzwerkede
dc.subject.gerElastizitätde
dc.subject.gerKapillaritätde
dc.subject.gerporöse Mediende
dc.subject.engfibersde
dc.subject.engnetworksde
dc.subject.engwettingde
dc.subject.engcapillarityde
dc.subject.engelasticityde
dc.subject.engporous mediade
dc.subject.bk33.79de
dc.subject.bk33.69de
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-webdoc-3270-9de
dc.identifier.purlwebdoc-3270de
dc.affiliation.instituteFakultät für Physikde
dc.subject.gokfullRVM000de
dc.identifier.ppn715175351de


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