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Schwingfestigkeitsanalyse struktureller Klebverbindungen im Fahrzeugbau

 
: Schmidt, Halvar; Bruder, Thomas; Brede, Markus; Nagel, C.; Schneider, B.

Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung -IFAM-, Bremen:
Klebtechnik trifft automobilen Leichtbau. Tagungsdokumentation. CD-ROM : FTK 2013, 13. FTK-Fachtagung Fertigungtechnologie Kleben, 13. Adhäsionsfachtagung, 16. und 17. April 2013, Stuttgart
Wiesbaden: ADHÄSIONlive, 2013
15 pp.
Fachtagung Fertigungstechnologie Kleben (FTK-Tagung) <13, 2013, Stuttgart>
German
Conference Paper
Fraunhofer LBF ()
Fraunhofer IFAM ()

Abstract
Kleben von (hochfesten) Stahlblechen spielt im Automobilbau eine zunehmend wichtigere Rolle. Beispielsweise lassen sich Festigkeitssteigerungen sowie Verbesserungen des Verhaltens unter Crash-Belastungen erreichen. Darüber hinaus bietet das Verfahren den großen Vorteil, nicht oder nur schwer schweißbare Fügepartner zuverlässig zu verbinden, beispielsweise metallische Blechwerkstoffe mit glas- oder kohlefaserverstärkten Kunststoffen. Für neue Entwicklungen sind Berechnungs- und Simulationsverfahren zur Auslegung geklebter Leichtbaustrukturen unverzichtbar. Dies trifft insbesondere auf die Schwingfestigkeits- bzw. Lebensdaueranalyse zu. Außerdem wird derzeit Leichtbaupotenzial vernachlässigt, welches sich bei einer schwingfesten Auslegung unter Berücksichtigung von Belastungen mit variablen Amplituden ergeben würde. Eine Auslegung unter der Annahme, dass die maximalen Belastungen mit konstanter Schwingweite auftreten, führt zu teilweise stark konservativen Lösungen. Um bei der experimentellen Schwingfestigkeitsanalyse auf die spezifischen Anforderungen struktureller Klebverbindungen Rücksicht nehmen zu können, wurde eine neuartige Probenform entwickelt. In diesem Beitrag wird das Verhalten dieser Probe sowie weiterer Detailproben unter zyklischer Belastung mit konstanten und variablen Amplituden betrachtet. Bei einer schwingfesten Auslegung für Belastungen mit variablen Amplituden ergibt sich ein Gewinn der ertragbaren Lastamplitude in Höhe von etwa Δla = +75 % im Vergleich zur Auslegung auf konstante Belastung mit der jeweils maximal auftretenden Schwingweite. Dies ist gleichbedeutend mit einem Leichtbaupotenzial. Bei Schwingfestigkeitsanalysen unter Belastung mit variablen Amplituden ist die Wahl eines durchmischten oder des real auftretenden Lastkollektivs zu empfehlen, da in diesem Fall die Schädigungswirkung am größten ist bzw. den realen Bedingungen entspricht. Die Qualität der rechnerischen Lebensdaueranalyse geklebter Stahlbauteile auf Basis eines Strukturspannungskonzepts, welches durch einen Ansatz für proportional mehrachsige Belastungen (unter Berücksichtigung des hydrostatischen und deviatorischen Spannungsanteils) ergänzt wurde, liegt mit Abweichungen in der Lebensdauer mit einem geringeren Faktor als 10 im Rahmen der industriell geforderten Genauigkeit und lässt sich mit dem betrachteten zäh modifizierten Klebstoff für die Auslegung von Bauteilen nutzen. Experimente mit einem nicht zäh modifizierten Klebstoff verdeutlichten, dass die notwendige grundlegende Datenbasis, die zur Abschätzung der Lebensdauer nötig ist, vom Typ des Klebstoffs abhängt. Bei einer linearen Schadensakkumulation ist zu beachten, dass die tatsächlich auftretenden Schadenssummen unter anderem von der Beanspruchungsart und dem Lastkollektiv abhängen. Die Abschätzung eines sogenannten Versagensbereichs mittels der Energiefreisetzungsrate stellt eine unter Umständen deutlich konservativere Alternative für die Auslegung struktureller Klebverbindungen dar.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-274084.html