Finite Elemente Modellierung von Dickschichtklebverbindungen

Abstract

Diese Arbeit befasst sich mit der Beschreibung und Simulation des mechanischen Verhaltens von flexiblen Klebstoffen und der Interpretation der erhaltenen Ergebnisse. Zur Beschreibung des Materialverhaltens werden hyperelastische Modelle wie das Ogden- oder das Marlow-Modell, aber auch linear elastische Materialmodelle verwendet. Die Materialparameter werden zum einen anhand von Zugversuchen bestimmt. Zum anderen werden auch bestehende Parametersets auf ihre Anwendbarkeit hin untersucht. Basierend auf Messdaten von Zug-, Zugscher- und Kopfzugversuchen wird eine Auswahl an Materialmodellen mit möglichen Parametersets getroffen. In dieser Arbeit wird ein Ogden-Modell erster Ordnung und ein linear elastisches Modell ausgewählt, die unter verschiedenen Belastungsfällen gut mit den Messwerten übereinstimmende Ergebnisse liefern.Um unter Verwendung der Modelle Aussagen über ein mögliches Versagen der Klebstoffe treffen zu können, ist auf Basis bereits bestehender Versagenskriterien ein für den vorliegenden Werkstoff zugeschnittenes verzerrungsbasiertes Kriterium herausgearbeitet worden. Das Kriterium berücksichtigt sowohl Verzerrungs- als auch Dilatationsversagen. Als Grundlage für die Definition werden die zuvor behandelten Daten aus dem Zug-, Zugscher- und Kopfzugversuch verwendet. Abschließend werden die gewonnenen Erkenntnisse auf ein Praxisbeispiel einer Fensterklebung eines Schienenfahrzeugs angewandt. Dadurch können die Unterschiede zwischen einem hyperelastischen und einem linear elastischen Materialmodell anhand eines komplexeren Lastfalls betrachtet werden.

This thesis studies the description and simulation of flexible adhesives together with the interpretation of the results. Hyperelastic material models, like the Ogden- or Marlow-model as well as linear elastic models are used to describe the material behavior. Models with existing parameter sets were studied, in addition, a fitting procedure based on tensile tests is used to obtain different material parameters. A set of material models with different parameter sets is selected based on test data from tensile, single lap joint and pancake tests. In this work a hyperelastic first order Ogden-model and a linear elastic model are chosen, matching the test data of different load cases well.In order to predict possible failure of the adhesive while using the described material models, a failure criterion is needed. For the flexible adhesive considered in this work, a strain based failure criterion combining distortional and dilatational failure is defined, using the previously mentioned data of tensile, single lap joint and pancake tests. Eventually, the selected parameter sets for the material models together with the failure criterion are applied to a practical example of a window bonding of a rail car. This allows for a comparison between the hyperelastic and linear elastic material models based on a complex loading scenario.