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Februar 2016
Martin Kaßner
Entwicklung einer Methodik zur Simulation der Lebensdauer von Klebverbindungen mit Polyurethan-Klebstoffen
Hochfeste, zähmodifizierte Epoxid-Klebstoffe (EP-Klebstoffe) haben sich in der Automobilindustrie als Fügeverbindung im metallischen Rohbau etabliert. Um zukünftig weitere Leichtbaupotenziale erschließen zu können, stehen aktuell Multi-Material-Bauweisen im Blickpunkt der Entwicklung, woraus auch neue Herausforderungen an die Fügetechnik im Allgemeinen und die Klebtechnik im Speziellen resultieren. In einer Multi-Material-Struktur aus metallischen Werkstoffen und faserverstärkten Kunststoffen ist der Einsatz von EP-Klebstoffen aus verschiedenen Gründen nur noch in begrenztem Umfang zielführend. Stattdessen bieten Polyurethan-Klebstoffe (PU-Klebstoffe) an dieser Stelle eindeutige Vorteile, wie zum Beispiel eine größere Nachgiebigkeit beim Fügen von Werkstoffen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten.
Eine wichtige Dimensionierungsgröße während der Fahrzeugauslegung stellt die Betriebsfestigkeit dar. Allerdings stehen derzeit noch keine Simulationsmethoden zur Verfügung, um die Lebensdauer für PU-Klebstoffe, mit ihrem nicht linear-elastischen, gummiähnlichen Materialverhalten, numerisch zu bestimmen.
Auf Basis bruchmechanischer Ansätze wird deshalb eine Methodik für die Lebensdauerberechnung von PU-Klebstoffen entwickelt. Die Kenngrößen für die Materialcharakterisierung können dabei mit Hilfe weniger standardisierter Versuche, wie dem Risswachstumsversuch, bestimmt werden. Schlussendlich erlaubt es die Methodik, eine Aussage über die zu erwartende Lebensdauer von PU-Klebverbindungen unter verschiedenen Beanspruchungsarten und Spannungsverhältnissen zu treffen.
Eine wichtige Dimensionierungsgröße während der Fahrzeugauslegung stellt die Betriebsfestigkeit dar. Allerdings stehen derzeit noch keine Simulationsmethoden zur Verfügung, um die Lebensdauer für PU-Klebstoffe, mit ihrem nicht linear-elastischen, gummiähnlichen Materialverhalten, numerisch zu bestimmen.
Auf Basis bruchmechanischer Ansätze wird deshalb eine Methodik für die Lebensdauerberechnung von PU-Klebstoffen entwickelt. Die Kenngrößen für die Materialcharakterisierung können dabei mit Hilfe weniger standardisierter Versuche, wie dem Risswachstumsversuch, bestimmt werden. Schlussendlich erlaubt es die Methodik, eine Aussage über die zu erwartende Lebensdauer von PU-Klebverbindungen unter verschiedenen Beanspruchungsarten und Spannungsverhältnissen zu treffen.
Schlagwörter: numerische Lebensdauerberechnung; Polyurethan-Klebstoffe; Ermüdungsrisswachstum; hyperelastisches Materialmodell
Berichte aus dem Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik
Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. Ortwin Hahn und Prof. Dr.-Ing. Gerson Meschut, Paderborn
Band 116
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