Beschreibung
P 1243 – Methodenentwicklung zur Langzeitprognose von Klebverbindungen bei kombinierter Temperatur- und Medieneinwirkung
Die Prognose des Alterungsverhaltens von Klebstoffen ist eines der großen ungeklärten Punkte in der Klebtechnik. Ein wesentlicher Schritt zum Vertrauen in die Klebtechnik und somit zum vermehrten Einsatz ist das Verständnis des Langzeitverhaltens unter hygrothermo-mechanischen Beanspruchungen. Die meisten Ansätze zur Beschreibung der Auswirkungen aus dem Stand der Technik liefern jedoch nur eine grobe Abschätzung der Lebensdauer. Die Wasseraufnahme des Klebstoffes wird mittels gravimetrischen Untersuchungen analysiert. Daraus ergibt sich die Diffusionsgeschwindigkeit und die Sättigungsmasse in Abhängigkeit der Temperatur als auch relativer Luftfeuchtigkeit. Die Wassersorption der Klebschicht wird mit dem Modell der FICKschen Diffusion modelliert. Dabei werden die Einflüsse von Luftfeuchtigkeit und Temperatur auf den Sättigungszustand berücksichtigt. Die Abhängigkeit des Diffusionskoeffizienten von der Temperatur wird mit einem Ansatz vom ARRHENIUS-Typ erfasst. Der Einfluss von kombinierter hygro-thermo-mechanischer (htm)-Belastung auf das Kurzund Langzeitverhalten der Klebverbindungen wird mit Hilfe von gelochten Kopfzug- und dicken Zugscherproben untersucht. Dafür wird zunächst die quasistatische Festigkeit der Klebverbindung bei unterschiedlichen konstanten htm-Belastungen geprüft. Die Einflüsse von Feuchtigkeit und Temperatur auf die Zeitstandfestigkeit wird anschließend systematisch anhand von Kriechversuchen bei unterschiedlichen klimatischen Bedingungen untersucht. Die Klebschicht wird mit einem Klebschichtersatzmodell abgebildet, das aus einem rheologischen Modell mit Schädigung besteht. Das rheologische Modell beschreibt das linear viskoelastische Verhalten und das Schädigungsmodell das Versagen infolge htm-Belastung. Die Einflüsse der Temperatur und Feuchtigkeit auf die Viskoelastizität werden mit der Zeit-Temperatur-Wasserkonzentration-Verschiebung erfasst. Die Berücksichtigung der Mehrachsigkeit beim Versagen erfolgt durch die Definition einer Vergleichsspannung. Das entwickelte Konzept zur Langzeitprognose für Strukturklebverbindungen wird im Rahmen einer Fallstudie auf die Blechzugscherprobe angewendet. Die FE-Simulation wird mit LS-DYNA durchgeführt, wobei die Analogie des Wärmeleit- und Diffusionsproblems ausgenutzt werden. Die Fallstudie zeigt, wie die Lebensdauerprognose auf Basis der transienten FE-Simulation erfolgt. Dabei werden die Einflüsse der viskoelastischen Eigenschaften auf das Versagensverhalten und die daraus resultierenden Bruchzeitpunkte aufgezeigt.
Veröffentlichung:
2021
Autoren:
Prof. Dr.-Ing. G. Meschut, Prof. Dr.-Ing. A. Matzenmiller
