Curing Simulations of a Fibre-Reinforced Thermoset on a Micro- and Nano-Scale

Die Eigenschaftskombination hoher Steifigkeit und Festigkeit bei gleichzeitig niedriger Massendichte rückt die Materialklasse der faserverstärkten Polymere generell stärker in den Fokus von Mobilitätsanwendungen und bewegten Massen. Nachteilig an der Kombination von steifen Fasern und einer zähen, leichten Polymermatrix erweist sich oft die Verwendung unterschiedlicher Materialtypen. Die in dieser Arbeit verwendete Paarung des glasfaserverstärkten Duromers zeichnet sich speziell durch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten und die chemische Aushärtereaktion des Duromerharzes aus. Da der Produktionsprozess eines Bauteils aus glasfaserverstärktem Duromer oft bei erhöhter Temperatur stattfinden muss, um entweder die chemische Vernetzungsreaktion zu aktivieren oder zu beschleunigen, erfährt jedes Bauteil thermische Dehnungen und chemischen Schwund. Diese Dehnungen ändern sich nochmals, sobald sich das Bauteil auf Raumtemperatur abkühlt, bleiben aber grundsätzlich aufgrund der Bindung zwischen Fasern und Matrix erhalten. Durch diesen Eigendehnungszustand werden Verzug und lokale Eigenspannungen induziert, wobei sich insbesondere lokale Spannungsspitzen an der Faser-Matrix-Grenzfläche und an den Faserenden ausbilden können. Diese innere Vorbelastung kann eine Vorschädigung des Bauteils in Form von Mikrorissen verursachen, wodurch insgesamt die Bauteileigenschaften und -belastbarkeit herabgesetzt werden. Ein besseres Verständnis der Aushärteprozesse und des Einflusses unterschiedlicher Prozessparameter auf das induzierte Eigendehnungsfeld ist daher unerlässlich, um die effektive und verlässliche Einsetzbarkeit von faserverstärkten Duromeren zu erhöhen. Diese Arbeit beschäftigt sich deshalb mit der Modellierung und Simulation des Aushärteprozesses und der Aushärtereaktion von faserverstärkten Duromeren. Hierbei wird der Fokus skalenübergreifend auf die Mikrostruktur und auf die Molekularebene gelegt, und die Auswirkungen der Aushärtung auf der jeweiligen Skala untersucht. Auf Mikrostrukturebene wird die rechnergestützte Phasenfeldmethode zur Darstellung von Faser-Matrix-Strukturen verwendet, und darauf aufbauend ein Modell zur Beschreibung der mechanischen, thermischen und chemischen Effekte während eines Aushärteprozesses abgeleitet. Weiterhin wird die Rissausbreitung innerhalb faserverstärkter Mikrostrukturen modelliert und ebenfalls mithilfe der Phasenfeldmethode umgesetzt. Hiermit wird ein Beispielprozess simuliert und dessen Verlauf ausgewertet und diskutiert. Die Entwicklung von lokalen Eigendehnungs- und Eigenspannungszuständen bildet hierbei einen Fokus dieser Arbeit. In einem weiteren Schritt wird überprüft, ob diese lokalen Spannungen in eine Mikroriss-Ausbreitung münden. Diese mikroskaligen Betrachtungen werden durch rechnergestützte Molekulardynamiksimulationen auf der Nanoebene begleitet. Die chemische Aushärtereaktion eines Duromers wird hierbei durch Algorithmen zur Herstellung und Auflösung chemischer Bindungen nachgestellt, und so die Aushärtereaktion anhand von Materialkenngrößen wie Volumenschwund nachvollzogen und diskutiert. Die hierdurch erzeugten Polymernetzwerke dienen dann der Berechnung von temperatur- und aushärtegradabhängigen Materialeigenschaften, welche zur Durchführung der Prozesssimulation auf der Mikroebene benötigt werden

|V_us| from Strange Hadronic Tau Data

We report on recent work to determine the CKM matrix element |V_{us}| using strange hadronic \tau decay data. We use the recent OPAL update of the strange spectral function, while on the theory side we update the dimension-two perturbative contribution including the recently calculated \alpha_s^3 terms. Our result |V_{us}|=0.2220 \pm 0.0033 is already competitive with the standard extraction from K_{e3} decays and other new proposals to determine |V_{us}|. The actual uncertainty on |V_{us}| from \tau data is dominated largely by experiment and will eventually be much reduced by B-factories and future \tau-charm factory data, providing one of the most accurate determinations of this Standard Model parameter.Comment: 7 pages, no figures. Invited talk given by J.P. at ICHEP'06, 26 July to 2 August, Moscow, Russi

Flavor Changing Neutral Current Effects and CP Violation in the Minimal 3-3-1 Model

We investigate in detail the flavor structure of the minimal 331 model and its implications for several flavor changing neutral current (FCNC) processes. In this model, where the weak SU(2)_L gauge group of the Standard Model is extended to a SU(3)_L, the by far dominant new contributions come from an additional neutral Z' gauge boson, that can transmit FCNCs at tree-level. At the same time, electroweak precision observables receive new contributions only at the loop level and do not constrain the model very strongly. In our analysis, we take into account new CP violating effects that have been neglected in earlier analyses, and account for a general flavor structure without reference to a certain parameterization of the new mixing matrix. We begin by studying the bounds obtained from quantities such as Delta M_K, epsilon_K, Delta M_{d/s} as well as sin 2 beta|_{J/psi K_S}, and go on to explore the implications for several clean rare decay channels, namely the decays K+->pi+ nu nu, K_L -> pi0 nu nu, B_{d/s} -> mu+ mu- and K_L -> pi0 l+l-. We find sizeable effects in all these decays, but the most interesting quantity turns out to be the B_s - bar B_s mixing phase beta_s, as measured in the mixing induced CP asymmetry of B_s -> J/psi phi, which can be large. In general, we find effects in purely hadronic channels to be larger than in (semi-)leptonic ones, due to a suppression of the Z'-lepton couplings.Comment: 29 pages, 11 figures, Some Comments and References added, version to appear in Phys Rev

B -> pi pi, New Physics in B -> pi K and Implications for Rare K and B Decays

The measured B -> pi pi, pi K branching ratios exhibit puzzling patterns. We point out that the B -> pi pi hierarchy can be nicely accommodated in the Standard Model (SM) through non-factorizable hadronic interference effects, whereas the B -> pi K system may indicate new physics (NP) in the electroweak (EW) penguin sector. Using the B -> pi pi data and the SU(3) flavour symmetry, we may fix the hadronic B -> pi K parameters, which allows us to show that any currently observed feature of the B -> pi K system can be easily explained through enhanced EW penguins with a large CP-violating NP phase. Restricting ourselves to a specific scenario, where NP enters only through Z^0 penguins, we derive links to rare K and B decays, where an enhancement of the K_L-> pi^0 nu nu_bar rate by one order of magnitude, with BR(K_L -> pi^0 nu nu_bar) > BR(K^+ -> pi^+ nu nu_bar), BR(K_L -> pi^0 e^+ e^-)=O(10^{-10}), (\sin2\beta)_{pi nu nu_bar} K* mu^+ mu^-, are the most spectacular effects. We address also other rare K and B decays, epsilon'/epsilon and B_d -> phi K_S.Comment: 6 pages, LaTeX, reference added and a few typos correced, to appear in Physical Review Letter

Theoretical progress on the V_us determination from tau decays

A very precise determination of V_us can be obtained from the semi-inclusive hadronic decay width of the tau lepton into final states with strangeness. The ratio of the Cabibbo-suppressed and Cabibbo-allowed tau decay widths directly measures (V_us/V_ud)^2, up to very small SU(3)-breaking corrections which can be theoretically estimated with the needed accuracy. Together with previous LEP and CLEO data, the recent measurements by Babar and Belle of some Cabibbo-suppressed tau decays imply V_us= 0.2165 +- 0.0026_exp +- 0.0005_th, which is already competitive with the standard extraction from K_l3 decays. The uncertainty is largely dominated by experimental errors and should be easily reduced with the high statistics of the B factories, providing the most accurate determination of this parameter. A 1% experimental precision on the Cabibbo-suppressed tau decay width would translate into a 0.6% uncertainty on V_us