P 957 – Experimentelle Kennwertermittlung und Simulation von strukturellen Klebverbindungen mit elastoplastischen und bruchmechanischen Kohhäsivelementen

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ISBN: 978-3-946885-14-6 Artikelnummer: 011f628e7b6a Kategorien: ,

Beschreibung

P 957 – Experimentelle Kennwertermittlung und Simulation von strukturellen Klebverbindungen mit elastoplastischen und bruchmechanischen Kohhäsivelementen

Die schnelle Entwicklung besonders im Automobilbau, der Luftfahrt- und Bahnindustrie und die numerischen Gebrauchsfähigkeits- und Sicherheitsuntersuchungen für einzelne Komponenten erfordern prognosefähige Berechnungsprogramme. Mit diesen muss auch das mechanische Verhalten von Klebverbindungen aus zäh modifizierten Epoxidharzen bis hin zum Versagen der Verbindung sicher und effizient prognostiziert werden können. Zur numerischen Simulation des mechanischen Verhaltens großer geklebter Strukturen, etwa Automobilkarosserien, wird aus Effizienzgründen auf sogenannte Grenzflächenelemente zurückgegriffen. Die Analyse von Klebverbindungen mit den oben erwähnten Strukturklebstoffen geht dabei von einem Elastoplastizitätsmodell der Kontinuumsmechanik oder einem bruchmechanischem Modellansatz aus. Voraussetzung für den Einsatz dieser Elemente ist die experimentelle Charakterisierung der Klebstoffe. Daher wurden im Rahmen dieses Projektes sowohl kontinuumsmechanische wie auch bruchmechanische Untersuchungen durchgeführt. Neben der Erstellung zusätzlicher Materialkarten war es Ziel der vorliegenden Untersuchungen zu prüfen, ob die grundlegenden Experimente auf weitere Klebstoffe anderen Typs übertragbar und bei anderer Klebschichtdicke anwendbar sind. Dazu wurden zunächst die, bereits aus den Vorgängerprojekten bekannten, Prüfkonzepte zur Untersuchung der Klebschichten unter einachsiger Beanspruchung herangezogen.
Zur Ermittlung der kontinuumsmechanischen Kenngrößen kommen dabei die dicke Scherzugprobe und die Kopfzugprobe und bei den bruchmechanischen Kenngrößen die Tapered-Double-Cantilever-Beam-Probe und Variationen der End-Notched-Flexure-Probe zum Einsatz. Zur Untersuchung des kontinuumsmechanischen Verhaltens von Klebschichten bei mehrachsigen Beanspruchungen wurde die stumpf geklebte Doppelrohrprobe eingesetzt. Zur Untersuchung des bruchmechanischen Verhaltens im mixed mode wurde ein Experiment aufgebaut, bei welchem das Modenverhältnis während der Durchführung geregelt wird. Es wurden drei verschiedene Klebstoffe mit bis zu drei Klebschichtdicken und drei Gleitraten untersucht. Die Klebschichtersatzmodellierung zäh modifizierter Klebverbindungen auf Basis der Bruchmechanik und Plastizitätstheorie mit Schädigung ermöglicht eine anschauliche Ersatzmodellierung zur Erfassung klebschichtdickenabhängiger Effekte, die sich makroskopisch in vermehrter bzw. verminderter Dissipation zeigen. Zur numerisch effizienten Abbildung des makroskopischen Klebschichtverhaltens unter quasistatischer und dynamischer (crashartiger) Belastung kann ein elastoviskoplastisches Grenzflächenmodell genutzt werden. Neben der Parameteridentifikation und Verifikation an Grundversuchen erfolgt eine Validierung des Klebschichtersatzmodells an Proben mit homogenem und inhomogenem Spannungszustand. Der T-Stoß zeigt als bauteilähnliche Validierungsprobe die Genauigkeit des Modells unter praxisnaher Belastung.

Veröffentlichung:
2015

Autoren:
Prof. Dr.-Ing. G. Meschut, Prof. Dr.-Ing. B. Mayer, Prof. Dr.-Ing. A. Matzenmiller