Ein FE-Modell zur Berechnung von Delaminationen in Verbundglasplatten infolge zyklischer thermischer Belastung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Friedrich Gruttmann
• Fachliche Zuordnung: Mechanik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 389600657

Verbundsicherheitsglas besteht aus einem Laminat von mindestens zwei Glasscheiben, welche durch polymere Zwischenschichten oft aus Polyvinylbutyral (PVB) miteinander verbunden sind. Dabei ist die Foliendicke (0,38-2,28 mm) wesentlich geringer als die Glasdicken (3-25 mm). Dadurch kann eine Resttragfähigkeit des Verbundes auch nach Bruch des Glases erzielt werden. Anwendungen ergeben sich im Konstruktiven Glasbau, bei Architekturverglasungen, im Automobilbau, im Schiffs- und Flugzeugbau und bei Photovoltaikanlagen. Besonders bei Außenanwendungen mit Temperatureinwirkung gibt es vermehrt Schäden durch Delaminationen. Die Auflösung des Verbundes zwischen Glas und Polymerfolie kann unter anderem nach mehrjähriger Nutzung auftreten und beeinflusst maßgeblich die Gebrauchstauglichkeit und die Resttragfähigkeit des gesamten Verbundes.In dem Projekt soll die Initiierung und der Fortschritt von Delaminationen in Verbundglasplatten infolge zyklischer thermischer Beanspruchung untersucht werden. Dazu sind grundlegende Forschungsarbeiten zu erbringen. Bedingt durch die Laminatstruktur mit gänzlich unterschiedlichen mechanischen Verhalten der Konstituenten und daraus resultierenden komplizierten Spannungsverteilungen können vorhandene Modelle zur Problemlösung nicht verwendet werden. Es soll ein 2D-Modell, welches nur einen Bruchteil der Rechenzeit im Vergleich zur vollständigen 3D-Modellierung bzw. einer FE2-Modellierung erfordert, und die zugehörige Implementierung in einem FE-Programm entwickelt werden. Dazu ist das thermomechanisch gekoppelte Randwertproblem aufzustellen und Kinematik sowie Konstitutivverhalten zur Beschreibung von Delaminationen zu entwickeln und zu implementieren. Um mehrere tausend Temperaturzyklen berücksichtigen zu können, soll ein Zweiskalenmodell in der Zeit entwickelt werden. Parameterstudien mit einer Variation verschiedener Größen (Materialauswahl und Parameter für die Zwischenschicht, Einfluss von Imperfektionen und Vorkrümmungen) sollen Hinweise für Konstruktionsverbesserungen liefern. Verbundsicherheitsglas wird in steigendem Maße als Konstruktionselement in unterschiedlichsten Bereichen der Technik eingesetzt. Die Forschungsaufgabe soll wichtige Beiträge zum mechanischen Verständnis dieses Konstruktionselements liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen