Neben thermischen und mechanischen Fügeverfahren wird zunehmend nicht nur eine Kombination dieser Fügeverfahren mit dem Kleben, sondern das Fügeverfahren Kleben an sich zum Verbinden der Bauteile ausgewählt. In der Entwicklung wird somit für die Auslegung, die heutzutage in verstärktem Maße im Sinne virtueller Erprobung erfolgt, eine Simulationsmöglichkeit auch für strukturelle Klebeverbindungen notwendig. Eine solche Vorgehensweise zur Lebensdauerabschätzung struktureller Klebeverbindungen im Automobilbau wird vorgestellt. Diese wurde auf Basis von schwingender Beanspruchung entwickelt und auf die im Automobilbereich auftretenden Belastungen mit variabler Amplitude erweitert. Die Abbildung der Klebeverbindung erfolgt im FE-Modell durch eine Schicht von Hexaeder-Elementen, die mit Koppelelementen an das FE-Netz der Bauteile verbunden werden. Auch hier kommt also analog zu den punktförmigen Verbindungen eine netzunabhängige Modellierung der Klebeverbindung zum Einsatz. Dabei werden die geometrischen Abmessungen der Klebeverbindung ebenso berücksichtigt wie das Werkstoffverhalten des Klebstoffs. In weiterer Folge werden die Spannungen aus der FE-Rechnung als Basis für die Lebensdauerabschätzung verwendet. Als Beanspruchungskriterium wird eine Äquivalent- bzw. Vergleichsspannung verwendet, wobei verschiedene Ansätze zum Einsatz kommen. Neben dem Vergleichsspannungsansatz auf Basis der Formulierung nach Schlimmer wird auch eine gewichtete Normalspannung in Kombination mit dem Schnittebenen-Verfahren untersucht. Zur Bewertung des Schädigungsverhaltens müssen die zeitlich variierenden Spannungsverteilungen, die durch die Belastungen der Struktur hervorgerufen werden, ermittelt werden. Darüber hinaus kommt ein spezielles Werkstoffmodell zum Einsatz, mit welchem die Eigenschaften der Klebeverbindung abgebildet werden. Unter anderem wird der Mittelspannungseinfluss, der bei der Klebeverbindung eine wesentliche Größe darstellt, in geeigneter Weise berücksichtigt. Zur erfolgreichen Validierung des Steifigkeits- und Betriebsfestigkeitsverhaltens muss bei den relevanten typischen Belastungssituationen wie etwa Schub, Schäl- oder Scherzug das Verhalten in Bezug auf Steifigkeit, Spannung und Lebensdauer wiedergegeben werden. Das Hauptkriterium für eine gute Simulationsqualität ist die Validierung der Simulationsergebnisse mit Ergebnissen aus der physischen Erprobung.

    To fulfill the requirements regarding stiffness and strength it is necessary to consider both the components as well their joints to each other. Besides thermal and mechanical joining techniques with and without structural bonding, joining based only on adhesives get more important. Nowadays the development process increasingly takes place in the sense of virtual testing, which means based on simulations. Therefore a simulation procedure is required also for structural bonding. In this lecture a procedure for the service life assessment of structural bonding in the automotive environment is shown. The procedure was developed on the basis of alternating loads and has been extended to loads with variable amplitude, which is typical for automotive applications. The representation of the adhesives in the FE-model consists of a layer from hexahedron elements, which are connected with coupling elements to the FEM models of the components. A so-called mesh independent modeling of the bonding can be used, which is quite similar as for the spot-type joints. The geometric dimensions as well as the material behavior of the bonding are considered. The subsequent FEA gives stress results on the HEXA elements which are input for the fatigue simulation. As stress criteria equivalent stresses with alternative concepts are compared. These are the concepts following the formulation of Schlimmer as well as a weighted normal stress in combination with the cutting plane method. For the assessment of damage behavior the time-variant stress distributions, which are induced by the variable loads on the structures, have to be calculated. A special mechanical material model for the adhesive is used, which is also able to simulate the relevant mean stress effect. For validation of the stiffness and durability behavior of the structural bonding, the relevant typical stress types like peel tension or shear tension, have to be secured on stiffness, strength and damage results. The main criterion is a good correlation between simulation and physical testing.


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    Title :

    Vorgehensweise zur Lebensdauerabschätzung struktureller Klebeverbindungen im Automobilbau


    Additional title:

    Procedure for fatigue life estimation of adhesive bonding of structural components in automotive industry


    Contributors:
    Ruprechter, F. (author) / Ruf, A. (author) / Barenbrock, D. (author) / Kepplinger, G. (author) / Zigo, M. (author) / Nieß, D. (author)


    Publication date :

    2012


    Size :

    14 Seiten, 10 Bilder, 6 Quellen



    Type of media :

    Conference paper


    Type of material :

    Print


    Language :

    German






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