Talmon l'Armée, Andreas (2019)
Analyse interlaminarer Rissentstehung in einschnittigen Überlappungsklebungen zwischen Laminatfügeteilen.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

Überlappungsklebungen sind aufgrund ihrer vielfältigen Vorteile in der Anwendung eine Verbindungstechnik, die zunehmend an Bedeutung gewinnt. Entsprechend finden sich Kleb- verbindungen in zahlreichen Anwendungen, insbesondere auf dem Gebiet des Leichtbaus. Häufig gibt es wegen dem komplexen mechanischen Verhalten Bedenken bei der Anwen- dung in lasttragenden Strukturen. Besonders die auftretenden Schälspannungen führen zu vielfältigen Versagensprozessen. Dies gilt in besonderem Maß für die Anwendung von Klebver- bindungen mit Fügeteilen aus Faser-Kunststoff-Verbunden. Deshalb wird im Bereich hoher Schälspannungen oft ein sogenannter "Angstniet" gesetzt, wodurch der Gewichtsvorteil der Klebverbindungen verloren geht. Um die Akzeptanz der Klebverbindungen in lasttragenden Strukturen zu erhöhen, ist es unumgänglich das Versagensverhalten derselbigen gründlich zu untersuchen. Für Fügeteile aus Faser-Kunststoff-Verbunden muss hierbei insbesondere der Fall interlaminarer Rissbildung verstanden werden. Zur mechanischen Analyse von Überlappungsklebungen können analytische Modelle, semi- analytische Modelle oder rein numerische Modellierungsansätze verwendet werden, um die Feldgrößen zu ermitteln. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein analytisches Modell und ein rein numerisches Finite-Elemente-Modell der einschnittigen Überlappungsklebung diskutiert. Der Fokus liegt in beiden Fällen vornehmlich bei der Bewertung interlaminarer Rissinitiierung. Als Versagenskriterium wird das gekoppelte Spannungs- und Energiekriterium im Rahmen der fini- ten Bruchmechanik implementiert. Zur Validierung werden numerische Vergleichsrechnungen mit Kohäsivzonenmodellierung durchgeführt. Mit dem analytischen Modell können die benötigten transversalen Spannungsgrößen nicht direkt bestimmt werden, sondern müssen mit einer Rückrechnung aus den Gleichgewichtsbe- dingungen ermittelt werden. Durch die Modellierungsannahmen kann mit dem analytischen Modell nur interlaminare Rissinitiierung vom Rand des Fügeteils bewertet werden und keine Rissinitiierung im Inneren des Fügeteils. Überdies können mit dem analytischen Modell die Schnittkräfte und -momente an den Übergängen des Überlappungsbereichs effizient berechnet werden. Durch die Modellierungsannahmen kann der geometrisch nichtlineare Einfluss in allen Teilbereichen der Überlappungsklebung berücksichtigt werden. Für eine detaillierte Analyse der Überlappungsklebung wird ein rein numerisches Modell her- angezogen. Um die energetischen Größen für das gekoppelte Spannungs- und Energiekriterium berechnen zu können wird zunächst das Rissöffnungsintegral für den Fall der nichtlinearen Elastizität erweitert. Mit der numerischen Analyse ist es möglich auch Rissinitiierung im In- neren der Überlappungsklebung abzubilden. Außerdem kann das Entstehen von Rissmustern bewertet werden. Es wird gezeigt, dass eine punktweise Auswertung des Spannungskriteri- ums nicht alle im Experiment vorkommenden Risstypen abbilden kann. In der vorliegenden Arbeit wird eine sequentielle Auswertung des Spannungskriteriums vorgeschlagen, indem nachfolgend zur punktweisen Auswertung eine gemittelte Auswertung durchgeführt wird. Somit können alle Risskonfigurationen mit geringem Rechenzeitaufwand abgebildet und eine gute Übereinstimmung mit den experimentellen Versagenslasten erzielt werden.

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