Beanspruchungsanalyse von geometrisch und werkstoffmechanisch unsymmetrischen Metallklebverbindungen mit der Finite-Element-Methode

Hochpolymere Materialien und metallische Werkstoffe werden in der industriellen Fertigung auf vielfaltige Weise mit einander kombiniert. Als Verbundpartner sind sie in der Praxis haufig Konstruktionselemente. Metallklebverbindun gen erflillen die Forderung nach ausreichender Tragfahig keit bei niedrigem Gewicht und lassen sich oft aufgrund konstruktiver Vorteile gegentiber anderen Verbindungen kostenglinstiger herstellen. Das immer weitere Vordringen der Klebtechnik in neue Berei che der Fertigung ist u.a. gekennzeichnet durch einen Trend zu hoheren Tragfahigkeiten des Metall-Klebstoff-Ver bundes. Diese Forderung kann nur erflillt werden, wenn die Klebverbindungen ausreichend bemessen und gestaltet sind und ein Versagen vor Ende der Einsatzzeit mit vorgegebener, genligend groBer Sicherheit ausgeschlossen werden kann. Notwendig ist dazu eine genaue Kenntnis des Festigkeits verhaltens des Kunststoff-Metall-Verbundes unter Last. Man ist daher bemliht, den Spannungszustand oder zumindest die dominierenden Spannungskomponenten im Fligebereich zu erfassen. Als noch relativ wenig angewandtes leistungsfahiges Werk zeug steht flir die rechnerische Behandlung dieses grundle genden Problems die mittlerweile hochentwickelte Methode der Finiten Elemente zur Verfligung. Mit Hilfe der Finite Element-Methode sind in den letzten Jahren wertvolle Er kenntnisse tiber den ortlichen Beanspruchungszustand in Kleb schicht und Fligeteil ein- und zweischnittig tiberlappter Klebverbindungen hinzugewonnen worden. Die Untersuchungen beschrankten sich dabei im wesentlichen auf die Ermittlung der Spannungen in Klebverbindungen aus - 2 - FUgeteilen gleichen '1erkstoffs und gleicher Blechdicke, d.h. es wurden im Uberlappungsbereich "syrnrnetrische" Ver bindungen vorausgesetzt.

Inhalt

2. Einleitung.- 3. Stand der Erkenntnisse.- 4. Aufgabenstellung.- 5. Die Methode der Finiten Elemente.- 5.1 Allgemeines.- 5.2 Das ASKA-Programmsystem.- 6. Grundlegende Berechnungen Symmetrischer Verbindungen.- 6.1 Erstellung von Hilfsprogrammen.- 6.2 Konvergenzuntersuchungen.- 7. Variation der Fügeteil-Elastizitätsmoduln.- 7.1 Variation des Elastizitätsmoduls des Fügeteils 2 bei konstantem Elastizitätsmodul des Fügeteils 1 EF1 = 70 kN/mm2.- 7.2 Variation des Elastizitätsmoduls des Fügeteils 2 bei konstantem Elastizitätsmodul des Fügeteils 1 EF1 = 210 kN/mm2.- 7.3 Der Vergleichsspannungszustand bei einer Fügeteilwerkstoff-Kombination Aluminium-Stahl.- 8. Variation der Fügeteildicken.- 8.1 Variation der Dicke des Fügeteils 2 bei konstanter Dicke des Fügeteils 1 s1 = 1,0 mm.- 8.2 Variation der Dicke des Fügeteils 2 bei konstanter Dicke des Fügeteils 1 s1 = 3,0 mm.- 8.3 Der Vergleichsspannungszustand bei einer Fügeteildicken-Kombination s1 = 1,0 mm / s2 = 3,0 mm.- 9. Experimentelle Untersuchung der Klebschichtbeanspruchung.- 9.1 Probenherstellung, Applikation der DMS, Versuchsaufbau, Prüfbedingung.- 9.2 Untersuchung der Klebschichtbeanspruchung bei symmetrischen Verbindungen.- 9.3 Untersuchung der Klebschichtbeanspruchung bei unsymmetrischen Verbindungen.- 10. Einfluss von Klebstoffkehlrändern auf die Beanspruchung der Klebschicht.- 10.1 Untersuchte Kehlrandformen.- 10.2 Der Beanspruchungszustand in der Klebschicht in Abhängigkeit von der Kehlrandform.- 11. Ermittlung der Maximalen Beanspruchung in Klebschicht und Fügeteil in Abhängigkeit von der Fügeteilwerkstoff- und -Dicken-Kombination.- 11.1 Variation der Fügeteil-Elastizitätsmoduln.- 11.2 Variation der Fügeteildicken.- 12. Schlussfolgerungen.- 13. Zusammenfassung.- 14. Literatur.