Fostabericht P 513- Entwicklung von Berechnungsmodellen zur Baschätzung der Verfomung geklebter dünnwandiger Stahlbauteile in Leichtbaukonstruktionen während der WarmaushärtungFostabericht P 513- Entwicklung von Berechnungsmodellen zur Baschätzung der Verfomung geklebter dünnwandiger Stahlbauteile in Leichtbaukonstruktionen während der Warmaushärtung

P 513 – Entwicklung von Berechnungsmodellen zur Abschätzung der Verformung geklebter dünnwandiger Stahlbauteile in Leichtbaukonstruktionen während der Wärmeaushärtung

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P513

ISBN: 3-937567-15-1 Artikelnummer: P513 Kategorien: ,

Beschreibung

P 513 – Entwicklung von Berechnungsmodellen zur Abschätzung der Verformung geklebter dünnwandiger Stahlbauteile in Leichtbaukonstruktionen während der Wärmeaushärtung

Im modernen Fahrzeugbau und insbesondere im Karosseriebau ist die Klebtechnik als flächiges Fügeverfahren aufgrund des möglichen Steifigkeitsgewinns sowie der Verringerung der Korrosionsgefahr infolge der Dichtwirkung weit verbreitet. Das Kleben bietet hier bei Stahlblechen geringer Dicke und hoher Festigkeit die Möglichkeit, einen bedeutenden Beitrag zur Reduzierung der Fahrzeuggewichte zu leisten. Die Herstellung einer Klebverbindung gliedert sich in verschiedene Einzelschritte, die das Eigenschaftsprofil der Klebverbindung bestimmen. Einen wesentlichen Einfluss auf die Eigenschaften hat der Vernetzungsprozess des Klebstoffs.
Die Simulation der aus der Fertigung resultierenden Verformungen infolge der Eigenspannungen in der Klebschicht war Gegenstand der Untersuchungen. Als Gründe für den Eigenspannungsaufbau sind die unterschiedliche thermische Ausdehnung der Fügepartner sowie die reaktionsbedingte Volumenänderung der Klebstoffe während der Vernetzung zu nennen. Zur Simulation der auftretenden Verformungen im Fertigungsprozess ist es erforderlich, den Klebstoff unter Berücksichtigung seiner Reaktionskinetik temperatur- und zeitabhängig zu beschreiben. Zur Beschreibung der viskoelastischen Eigenschaften während der Vernetzung wurde chemo- und thermorheologisch einfaches Materialverhalten für die untersuchten Klebstoffe angenommen. Die Modellierung des mechanischen Verhaltens erfolgte unter der Annahme, dass ein merklicher Spannungsaufbau erst nach dem Erreichen des Gelpunktes des Klebstoffs eintritt; ein Spannungsaufbau vor dem Gelpunkt wird vernachlässigt. Zur Untersuchung des Einflusses des temperatur- und vernetzungsbedingten Klebstoffschrumpfes auf das “lokale” Verformungsverhalten von Stahlblechverbindungen wurde die Jochprobe verwendet. Der Einfluss von Fügeteilrelativbewegungen im Fertigungsprozess wurde anhand eines Schiebedachdeckels aus Stahl untersucht.
Bei der Berechnung “globaler” Verformungen am Beispiel des Schiebedachdeckels hat sich als wesentlicher Einflussparameter die örtlich-zeitliche Temperaturverteilung im Bauteil herausgestellt. Die berechnete Verformung ist im wesentlichen von den gewählten Temperaturrandbedingungen abhängig. Hier ist es wünschenswert die Temperaturverteilung über eine vorgeschaltete Wärmeleitungsanalyse zu bestimmen und als Eingangsgröße für die weitere Simulation zu nutzen.
Die dargestellten Ergebnisse der Untersuchungen zeigen, dass eine Simulation großflächiger Blechbauteile und die aus der Warmaushärtung des Klebstoffs resultierenden Verformungen durch ein “Einschalten” der Klebschichtelemente in der FEM möglich ist. Voraussetzung hierfür ist, dass der Klebstoff in der Aufheizphase sehr spät oder erst in der isothermen Haltephase den Gelpunkt erreicht und in der Haltephase vollständig aushärtet. Eine Abschätzung der mechanischen Klebstoffeigenschaften für ein beliebiges Temperaturprofil ist unter Verwendung von Zeit-Temperatur- und Zeit-Vernetzungsdichte-Superposition möglich.

Autoren:
J. Jendrny

Veröffentlichung:
2004