Beschreibung
Das globale sowie lokale Tragverhalten der noch relativ jungen Halbzeuggruppe der Metall-Mehrschichtverbunde (M-MSV) ist aus strukturmechanischer Sicht bisher nur unzureichend untersucht worden, woraus derzeit wohl auch noch die gewisse Zurückhaltung vieler potentieller Anwender – ungeachtet der besonderen Leichtbauvorteile – resultiert.
Spannungskonzentrationen etwa im Bereich von Randabschlüssen und Ausschnitten stellen in der konstruktiven Praxis bei Stahlblech-Mehrschichtverbunden besonders hochbeanspruchte Zonen dar. Durch die hier vorliegenden Wechselwirkungen von globalen und verbundspezifischen lokalen Verformungs- und Spannungsfeldern können klassische Verfahren nur in speziellen Fällen zur Analyse von Kerbeinflüssen herangezogen werden. Am Beispiel des Joint Composite und des Noppenblechverbundes werden daher die ungewohnten Strukturphänomene für ausgewählte Rand- bzw. Ausschnittsgeometrien theoretisch und experimentell untersucht. Mit Hilfe strukturgerechter Berechnungsmethoden wird das Spannungs- und Verformungsverhalten derartig neuer Halbzeuge erfasst und versagenskritische Zonen infolge von Steifigkeitsunstetigkeiten mit daraus resultierenden Spannungskonzentrationen bestimmt. Aus der umfassenden Kenntnis der Wechselwirkungen einzelner konstruktiver Parameter auf das komplexe Tragverhalten werden konstruktive Vorschläge als geeignete strukturoptimierende Maßnahmen zur beanspruchungsgerechten Gestaltung der Randbereiche abgeleitet. Die experimentelle Verifikation der numerischen Simulation erfolgt sowohl für unverstärkte als auch für ausgewählte randverstärkte Strukturen.
Die Kerbspannungsanalyse anisotroper Metall-Mehrschichtverbunde wird durch den dreidimensionalen heterogenen Strukturaufbau und die oft komplexe Gestaltung der Nebenformelemente noch weiter verkompliziert. Kerbausschnitte und diskontinuierliche Verstärkungselemente induzieren dabei ein Störspannungsfeld, das je nach Lage der lokalen Forminhomogenitäten zum Kerbrand hin stark beeinflusst wird.
Durch die hier vorgesteilten Näherungslösungen für die Berechnung von Stahlblech-Mehrschichtverbunden und deren experimentellen Stützung mittels eigens entwickelter strukturgerechter Prüfverfahren liegen grundlegende Erkenntnisse zur Abhängigkeit von Lage und Gestaltung der Krafteinleitungs- sowie der Randbereiche auf das globale und lokale Strukturverhalten vor. Die exemplarisch an Noppenblechverbunden und Joint Composites erarbeitete Lösungsstrategie erlaubt -abgesichert durch die gute Übereinstimmung zwischen Theorie und Experiment -eine einsatzorientierte Bewertung der Strukturtauglichkeit neuartiger Stahlblech-Mehrschichtverbunden. Hiermit wird dem Berechnungsingenieur ein leistungsfähiges Handwerkszeug für die Gestaltung und Auslegung von St-MSV bereitgestellt.
STUDIENGESELLSCHAFT STAHLANWENDUNG E.V.
Veröffentlichung:
2000
Autoren:
Dr.-Ing. F. Adam, Prof. Dr.-Ing. habil. W. Hufenbach
