ISBN 9783843919654

978-3-8439-1965-4, Reihe Ingenieurwissenschaften

Andrea Rauh
Prognose des Versagensverhaltens von CFK-Klebverbindungen unter Crashbelastung (Band 9)

257 Seiten, Dissertation Technische Universität München (2014), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung einer Abbildungsmethodik zur Prognose des Versagensverhaltens von Klebverbindung von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) in der Crashberechnung unter Verwendung der Finite-Elemente-Methode.

Nach der Zusammenstellung der relevanten werkstoff- und verbindungstechnischen Grundlagen wird erörtert, wie die Eingangsparameter der Simulation durch experimentelle Charakterisierung gewonnen werden können. Zur vollständigen experimentellen Charakterisierung einer CFK-Klebverbindung gehören, neben den Verbindungseigenschaften, sowohl die Eigenschaften des Substrats als auch die des verwendeten Klebstoffs. Die interlaminaren Werkstoffeigenschaften des Substrats aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff werden dabei anhand von verstärkten bruchmechanischen Versuchen charakterisiert. Für die Prüfung der mechanischen Eigenschaften von Klebschicht und CFK-Klebverbindung unter quasistatischer Belastungsgeschwindigkeit erweisen sich Rohrprobekörper als geeignet. Zur Ableitung dehnratenabhängiger Eigenschaften der Klebschicht wird das Zeit-Temperatur-Verschiebungsprinzip genutzt, während zur Charakterisierung der CFK-Klebverbindung unter verschiedenen Belastungsgeschwindigkeiten Kreuzzug- und Zugscherproben verwendet werden.

Die Entwicklung der Simulationsmethodik erfolgt mit dem Fokus auf einer rechenzeit- und kosteneffizienten Anwendbarkeit im Gesamtfahrzeug. Darum wird eine Kombination von Klebschichtversagen und interlaminarem Substratversagen in einer einzigen Schicht von Kohäsivzonenelementen für den Einsatz in der serienmäßigen Gesamtfahrzeugsimulation gewählt. Für detaillierte Analysen des Versagensverhaltens in Subkomponentenmodellen wird der Einsatz von Kohäsivzonenelementen für die Laminatgrenzschicht und von Volumenelementen für die Klebschicht empfohlen. Zur Bestimmung des Versagensortes in großen (Gesamtfahrzeug-) Modellen eignen sich auch zwei getrennte Lagen von Kohäsivzonenelementen zur Modellierung von Klebschicht und Laminatgrenzschicht.

Unter Verwendung stochastischer Verfahren wird abschließend gezeigt, wie Substrat- und Klebewerkstoff aufeinander abzustimmen sind, um optimale Verbindungseigenschaften realisieren zu können.