Methodenentwicklung zur numerischen Lebensdauerprognose von hyperelastischen Klebverbindungen infolge zyklischer Beanspruchung mittels bruchmechanischer Ansätze

Vorhabenbeschreibung:

Im Rahmen der immer stärker umgesetzten Mischbau-Modulbauweise gewinnt das Fügen von verschiedenartigen Materialien mit Klebstoffen auf Polyurethanbasis mit hyperelastischem Materialverhalten zunehmend an Bedeutung. Der Einsatz derartiger Klebstoffe führt aufgrund der hohen Nachgiebigkeit zum Abbau von Spannungsspitzen in der Klebschicht und erscheint somit insbesondere bei zyklischen Belastungen vorteilhaft. Um eine systematische Über- und Unterdimensionierung derartiger Klebverbindungen vorzubeugen, bedarf es jedoch einer zuverlässigen Auslegungs- und Qualifizierungsmethode und somit zwangsläufig der Kenntnis bezüglich des Ermüdungs- und Schädigungsverhaltens. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wird eine einfach handzuhabende Berechnungsmethode für die Lebensdauerprognose hyperelastischer Klebverbindungen unter zyklischer Beanspruchung mittels bruchmechanischer Ansätze entwickelt und validiert. Die fundamentale Basis für die Modellierung bilden ausgehend von statischen Voruntersuchungen zyklische Rissfortschrittsversuche mit Hilfe geklebter CTS-Proben unter Mode I, Mode II und Mixed-Mode Beanspruchung. Im Rahmen dessen wird auch ein Online Risslängenmessverfahren für hyperelastische Klebstoffsysteme entwickelt. Für die Beanspruchungsanalyse der Klebschicht werden auf Basis kontinuumsmechanischer Grundversuche FE-Berechnungen der Probenkörper durchgeführt. Die aus den Untersuchungen gewonnenen Kennwerte und abgeleiteten Zusammenhänge dienen im Wesentlichen der empirischen Modellierung des Rissfortschritts und somit der Lebensdauer. Die experimentelle und numerische Validierung des Berechnungskonzeptes und somit der Prognosegüte erfolgt auf Basis von Versuchen anhand technologischer Proben. Abschließend wird eine Berechnungsroutine entwickelt, welche kleinen und mittelständischen Unternehmen in Form von Ingenieurbüros und Zulieferern die automatisierte Prognose der Lebensdauer ermöglicht und zur Optimierung ihrer virtuellen Produktentwicklung führt.