Experimentelle Untersuchungen zur Pfadabhängigkeit des Bruchverhaltens struktureller Klebverbindungen im Mixed-Mode

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Stephan Marzi
• Fachliche Zuordnung: Mechanik ; Polymermaterialien
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 329889536

Klebverbindungen sind in vielen industriellen Bereichen ein etabliertes Fügeverfahren. Neben Anforderungen an Steifigkeit oder Dämpfungseigenschaften der Verbindung ist oftmals auch das Versagensverhalten einer Klebverbindung unter mechanischer Last von hohem Interesse. So ist beispielsweise im Automobilbau die realitätsnahe Prognose von Verbindungsversagen im Crashfall ein wesentliches Konstruktionskriterium für die tragenden Bauteile. Eine experimentelle Charakterisierung des Verbindungsversagens erfolgt dabei in bruchmechanischen Versuchen, aus deren Ergebnissen geeignete Materialmodelle samt zugehöriger Parameter gewonnen werden können. Dabei ist die Beanspruchungsart von großer Bedeutung, wobei man eine Kombination aus schälender und scherender Belastung als Mixed-Mode bezeichnet. Derzeit ist die experimentelle Charakterisierung von Klebverbindungen unter Mixed-Mode-Beanspruchung unter einer monotonen Belastung etabliert. Dabei wird die kombinierte schälende und scherende Beanspruchung über eine geeignete Probenlagerung, bzw. -einspannung realisiert und die Probe in einer Prüfmaschine bis zum Bruch belastet. Ein etwaiger Einfluss des Belastungspfades auf das Bruchverhalten lässt sich mit diesen etablierten Versuchsführungen nicht erfassen. In einem abgeschlossenen Forschungsvorhaben wurden zwei neue Versuchsaufbauten zur Analyse des Bruchverhaltens von Klebungen unter Mixed-Mode entwickelt. In diesen Versuchen wird der Prüfkörper jeweils durch zwei voneinander unabhängig regelbare Aktuatoren belastet, die jeweils eine Zug- und Torsionsbelastung, beziehungsweise eine Zug- und Biegebelastung aufbringen können. Dies erlaubt im Versuch eine gezielte Variation des Verhältnisses von scherender und schälender Beanspruchung und somit eine experimentelle Untersuchung der Abhängigkeit des Bruchverhaltens von der Belastungshistorie. Derzeit werden die beiden Aktuatoren auf Bestandteile des J-Integrals geregelt, die auf der Annahme einer möglichen additiven Aufteilung der Bruchenergie in Anteile aus den Einzelmoden beruht. Ziel ist hierbei die Berechnung des Spannungsvektors an der Rissspitze und die Bestimmung eines Konstitutivgesetzes für eine Kohäsivzonenmodellierung der Klebschicht. Ausgehend von diesem Kenntnisstand soll nun erstmalig die Abhängigkeit des Bruchverhaltens vom Belastungspfad durch gezielte Variationen der Mixed-Mode-Beanspruchung experimentell beschrieben werden. Die Ergebnisse sollen dann unmittelbar in die Generierung geeigneter Kohäsivzonemodelle samt zugehöriger Parameterbestimmung einfließen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen