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| Abstract No.: |
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Scheduled at:
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Wednesday, September 16, 2020, Virtueller Raum 1 1:00 PM
Konstruktion und Festigkeit II
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| Title: |
Berechnen der Lebensdauer hybrider Verbindungen
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| Authors: |
Serkan Çavdar* / Universität Paderborn, Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik (LWF), Deutschland
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| Abstract: |
Im Rahmen der immer stärker umgesetzten Mischbau-Modulbauweise gewinnt das klebtechnische Fügen von verschiedenartigen Materialien (z.B. Al und FKV) zunehmend an Bedeutung. Dabei erscheinen insbesondere kaltaushärtende elastische Klebstoffsysteme als geeignet. Aufgrund des hyperelastischen Materialverhaltens ermöglichen diese Klebstoffsysteme den Abbau von hohen Spannungsgradienten an den Überlappungsenden in der Klebverbindung, welches insbesondere hinsichtlich der mechanischen Ermüdung bei zyklisch belasteten Bauteilkomponenten vorteilhaft erscheint. Demnach bedingt die beanspruchungsgerechte Auslegung dieser Klebverbindungen, die infolge zyklischer äußerer Belastungen einem zyklischen lokalen Spannungsfeld unterliegen, einer validen Methode zur virtuellen Lebensdauerberechnung im Rahmen des Produktentwicklungsprozesses. Das komplexe Klebstoff- und Fügeteilwerkstoffverhalten stellt die Gültigkeit vorhandener Berechnungskonzepte in Frage.
Das Ziel des Forschungsprojektes lag in der Entwicklung einer anwendungsnahen Methode zur Lebensdauerberechnung für semistrukturelle Klebverbindungen unter Berücksichtigung des hyperelastischen Materialverhaltens mit einer Beteiligung von FKV als Fügeteilwerkstoff.
Zur Erreichung dieses Ziels wurden zunächst die einzelnen Komponenten (Klebstoff sowie metallischer und CFK-Fügeteilwerkstoff) in der Verbindung experimentell in Form von quasistatischen Zug-, Druck- und Wöhlerversuchen charakterisiert und bei der numerischen Modellierung der Verbindung zugrunde gelegt. In Versuchen zur Verbindungscharakterisierung mit aufsteigender Komplexität wurde das Versagensverhalten derartiger Verbindungen untersucht. Die Auswertung der lokalen Beanspruchungsverteilung in der Klebschicht mit Hilfe der FEM diente dabei der Identifikation einer versagenskritischen Beanspruchungsgröße. Neben dem sogenannten Klebstofflokalspannungskonzept, wurde ein transientes Verfahren zur Prognose der Klebstoffermüdungslebensdauer betrachtet. Für die FKV-seitige Lebensdauerberechnung wurde neben einem spannungsbasierten Ansatz auch ein energiebasiertes Versagensmodell entwickelt. Die Zusammenführung der erarbeiteten Methoden erfolgte im Rahmen einer Konzeptbewertung, die maßgeblich die Entwicklung eines praxisorientierten Metamodells zur recheneffizienten Lebensdauerberechnung geklebter Strukturen prägte. Eine obligatorische Validierung der entwickelten Konzepte erfolgte anhand von technologischen und bauteilähnlichen Verbindungsproben.
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