FE-Modell mit Konturplot zur Spannungsverteilung nach einem T-Stoß-Seitenimpakt
Fraunhofer IFAM
Um die Zuverlässigkeit struktureller Klebverbindungen im Maschinen- und Fahrzeugbau bereits zu einem frühen Zeitpunkt der Produktentstehung unter Beweis stellen zu können, bedarf es einer praxistauglichen Berechnungsmethode. In den letzten Jahren wurden dazu diverse Modelle zur Beschreibung klebtechnischen Versagens entwickelt.
Ein interessanter numerisch effizienter Ansatz zur Beschreibung klebtechnischen Versagens ist die Verwendung sogenannter Kohäsivzonenmodelle, die sich auf Arbeiten Dugdales in den frühen 60er Jahren des vergangenen Jahrhunderts zurückführen lassen. Er beobachtete bei quasistatischen Zugversuchen an geschlitzten Stahlplatten die Ausbildung von kleinen plastischen Zonen um die als Rissinitiatoren gedachten Schlitze und behauptete, dass die Spannungen innerhalb dieser Zone konstant und gleich der Fließspannung des Werkstoffs seien. Barenblatt war hingegen der Auffassung, dass die Spannungen innerhalb dieser kohäsiven Zone nicht konstant seien. Hillerborg et al. benutzte wiederum eine Kohäsivzonenformulierung in der FE-Simulation eines Betonbalkens, um die Traktion an der Rissspitze mit der Rissöffnung zu korrelieren. Hierbei wurde Schädigung initiiert, sobald die Zugfestigkeit erreicht war. Das Finite Element versagt, sobald die umgewandelte Energie der Bruchenergie bzw. der Energiefreisetzungsrate des Werkstoffs entspricht. Rahulkumar et al. haben dann gezeigt, dass klassische Kohäsivzonenmodelle, die nur auf quasistatisch bestimmten Parametern basieren, nicht geeignet sind, um 90°-Abzugsversuche an Polymeren zu simulieren.
Verzerrungsratenabhängig
Als möglicher Lösungsansatz wurde die Verwendung verzerrungsratenabhängiger konstitutiver Modelle vorgeschlagen. Eine erste Überlegung in diese Richtung war die Beschreibung der Verzerrungsratenabhängigkeit der Schädigungsinitiierungsspannung durch einen logarithmischen Ansatz - vergleichbar mit den klassischen Formulierungen von Johnson und Cook.
Da allerdings bisher eine mögliche Verzerrungsratenabhängigkeit der Schädigungsinitiierungsspannung und Bruchenergie keine Berücksichtigung fand, untersuchten Forscher des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) gemeinsam mit Kollegen des Fraunhofer-Instituts für Kurzzeitdynamik (EMI) dies jetzt gründlicher – mit dem Ziel, die Güte von Simulationen in der Klebtechnik weiter zu verbessern.