P 1086 – Numerische Modellierung und Kennwertermittlung für das Versagensverhalten hyperelastischer Klebverbindungen

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Beschreibung

P 1086 Numerische Modellierung und Kennwertermittlung für das Versagensverhalten hyperelastischer Klebverbindungen

Im Bereich der Mobilität spielt die Mischbau-Modulbauweise eine große Rolle. Die Verwendung innovativer Werkstoffkombinationen, wie z. B. Stahl-Aluminium, Stahl-FVK
etc. ermöglicht eine Gewichtsersparnis gegenüber bisherigen Konstruktionen und damit
eine Verbrauchs- und Emissionsreduzierung der Fahrzeuge. Die einzelnen Module, die
zunehmend aus Leichtmetallen und/ oder FVK hergestellt werden, werden an die Fahrzeugstruktur aus Stahl im Rahmen des Montageprozesses mit kalt härtenden elastischen und semistrukturellen Klebstoffen angebunden.
Das Ziel des Forschungsprojektes ist die Entwicklung einer robusten numerischen Simulations- und Prüfmethode zur Auswahl geeigneter Klebstoffe für die optimale Auslegung von Montageklebverbindungen. Zur Berechnung des mechanischen Verhaltens
von Montageklebverbindungen wurde die Hyperelastizitätstheorie mit drei unterschiedlichen Berechnungsverfahren für das Versagen kombiniert. Am experimentellen Befund
des elastischen und des postkritischen Verhaltens zeigte sich, dass das elastische Verhalten mit dem MOONEY-RIVLIN-Modell beschrieben werden kann. Das Versagen
wurde mit einem bruchmechanischen und einem schädigungsmechanischen Ansatz
sowie mit einem Ansatz, der auf der Begrenzung der Formänderungsenergiedichte basiert, beschrieben. Alle Modellparameter wurden an einfachen Grundversuchen identifiziert, bei denen der Klebstoff einfachem Zug, einfachem Schub sowie querdehnungsbehindertem Zug ausgesetzt wurde. Abschließend wurden alle drei Ansätze validiert,
indem zwei technologische und eine bauteilähnliche Probe berechnet und die Ergebnisse mit Versuchsdaten verglichen wurden. Der Fortschritt der entwickelten Berechnungsmethoden gegenüber dem Stand der Technik wurde gezeigt, indem alle Berechnungen nicht nur mit Versuchen, sondern auch mit Berechnungsergebnissen verglichen wurden, die mit dem kommerziell verfügbaren *MAT181 erzielt wurden.
Proben aus dem Klebstoff mit einer hohen Glasübergangstemperatur wurden in Zugund Druckversuchen bei verschiedenen Dehnraten sowie statischer und zyklischer Belastung untersucht, um das stark ratenabhängige Verhalten nahe dem Glasübergang
zu erfassen. Zwei neue Modelle wurden aufgestellt, die Viskoelastizität und Viskoplastizität berücksichtigen und das Materialverhalten sowohl unter monotoner Belastung als
auch unter zyklischer Be-/Entlastung beschreiben.
Bei der Charakterisierung mit einer niedrigen Glasübergangstemperatur wurden neben
Zug- und Druckversuchen Experimente an dicken Zugscher-, Planarzug-, Winkel-,
Streifen- und Kopfzugproben eingesetzt. Zur Beschreibung seines Materialverhaltens
wurde ein hyperelastisches Modell entwickelt und mit Viskoelastizität kombiniert, durch
das eine deutliche Verbesserung gegenüber herkömmlichen Modellen erzielt wurde.
Zur Parameteridentifikation genügten vier Experimente. Die Vorhersagen des Modells
wurden in vielfältigen Versuchen mit unterschiedlichen Dehnraten validiert.

FOSTA – Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V.

Januar 2019