Sie befinden Sich nicht im Netzwerk der Universität Paderborn. Der Zugriff auf elektronische Ressourcen ist gegebenenfalls nur via VPN oder Shibboleth (DFN-AAI) möglich. mehr Informationen...
Bruchmechanisches Berechnungskonzept zur belastungsgerechten Auslegung von statisch und schwingend belasteten, elastischen Klebverbindungen
Ort / Verlag
Paderborn
Erscheinungsjahr
2023
Verknüpfte Titel
Beschreibungen/Notizen
Tag der Verteidigung: 27.06.2023
ger: Bei der technischen Umsetzung von Leichtbaukonzepten bieten elastische Klebverbindungen das Potential neben dem wirtschaftlichen Fügen von verschiedenartigen Werkstoffen eine Kraftübertragung zu realisieren, die zugleich Relativbewegungen der Fügepartner kompensiert. Damit das Potential dieser Fügetechnologie voll ausgeschöpft werden kann, ist die belastungsgerechte Dimensionierung der elastischen Klebschicht entscheidend. Um diese bereits im virtuellen Produktentwicklungsprozess zu gewährleisten, wird in dieser Arbeit ein Berechnungskonzept thematisiert, welches das Ziel hat für elastische Klebverbindungen die statische Tragfähigkeit als auch die erreichbare Lebensdauer unter schwingender Belastung mit FE-Simulationen zu prognostizieren. Dafür wird ein bruchmechanischer Ansatz vorgestellt, der über Idealisierungen das Rissausbreitungspotential kleiner Risse in den Fokus stellt. Die Ausarbeitung der daraus abgeleiteten Versagens- und Lebensdauerhypothese prägt mit der dafür notwendigen kontinuums- und bruchmechanischen Klebstoffcharakterisierung, der FE-Prozedur an rissbehafteten RVE-Modellen, der Methodenentwicklung zur Identifikation von Materialparametern und der Programmierung einer Berechnungssoftware den Inhalt dieser Arbeit. Die anschließende Validierung des Berechnungskonzepts erfolgt an verschiedenen Klebschichtprüfkörpern, für die Daten von Zug- und Schwingfestigkeitsversuchen vorliegen. Die Gegenüberstellung der Tragfähigkeits- und Lebensdauerprognosen mit den Versuchsdaten belegt, dass das Berechnungskonzept hohe Prognosegüten erzielt und sich damit für die belastungsgerechte Auslegung von elastischen Klebverbindungen qualifiziert.
eng: In the production of lightweight designs, elastic adhesive joints offer the potential not only to join different materials economically, but also to transmit loads while compensating for relative displacements of the adherends. In order to fully exploit the potential of this joining technology, the load-compliant dimensioning of the elastic adhesive layer is decisive. For this reason, this dissertation deals with a simulation concept, which has the objective to predict the static load-bearing capacity as well as the service life under fatigue load for elastic bonded joints at the virtual product development stage by utilizing FE-simulations. For this purpose, a fracture mechanical approach is presented, which focuses via idealizations on the crack propagation potential of small cracks. The elaboration of the derived failure and fatigue life hypothesis with the necessary continuum and fracture mechanics adhesive characterization, the FE procedure on cracked RVE models, the method development for the identification of material parameters and the programming of an application software define the content of this work. The subsequent validation of the simulation concept is carried out on various elastic bonded joint test specimens for which data from tensile strength and fatigue tests are available. By comparing the numerical load-bearing capacity and service life predictions with the test data, it can be shown that the calculation concept achieves a high degree of prediction accuracy and thus qualifies for the load-compliant design of elastic adhesive joints.