Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehungen in zyklisch beanspruchten Klebschichten mit heterogenem Eigenschaftsprofil

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Wilko Flügge; Professor Dr.-Ing. Maik Gude
• Fachliche Zuordnung: Fügetechnik und Trenntechnik ; Polymere und biogene Werkstoffe und darauf basierende Verbundwerkstoffe
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 558868093

In Branchen wie dem Windenergieanlagen-, Boots-, Schienen- und Nutzfahrzeugbau sind Klebverbindungen in großen, toleranzbehafteten Faser-Kunststoff-Verbundstrukturen weit verbreitet. Nach aktuellem Stand der Forschung lassen sich im Labormaßstab ermittelte Werkstoff- und Strukturkennwerte nur eingeschränkt auf Realstrukturen mit Klebschichtdicken von mehr als 10 mm übertragen. Insbesondere die bei einer zyklischen Belastung der Klebschicht auftretende Rissinitiierung und das anschließende Risswachstum finden in der Auslegung bisher nur unzureichend Berücksichtigung, da die komplexen Abhängigkeiten von den Fügepartnern, deren Oberflächenvorbereitung, den Fertigungs- und Vernetzungsbedingungen im Klebprozess und der Klebschichtdicke noch nicht hinreichend verstanden sind. Das Verbundvorhaben hat daher zum Ziel, die Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehungen realmaßstäblicher Klebungen aufzuklären und die schichtdickenabhängigen Einflüsse auf die Werkstoff- und Struktureigenschaften nachzuvollziehen. Hierzu werden auf Grundlage numerischer Prozesssimulationen Fertigungsmethoden entwickelt, die es erlauben, die sich in der Großstruktur einstellenden Eigenschaftsprofile in labormaßstäblichen Probekörpern nachzubilden. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Reproduktion der Eigenschaftsprofile in Dickenrichtung der Klebschicht, die sich etwa durch eine ungleichmäßige Vernetzungsreaktion während der Verarbeitung oder den lokal heterogenen Eigenspannungszustand der Großstruktur ausbilden. Die so hergestellten Prüfkörper mit definierten Eigenschaftsprofilen werden anschließend mit Hilfe einer automatisierten Methodik zur Risserkennung und -auswertung in Schwingversuchen untersucht. Um die für die spätere Auslegung relevanten bruchmechanischen Kennwerte zugänglich zu machen und die Übertragung der Versuchsergebnisse auf beliebige Klebschichtdicken und Eigenschaftsprofile zu gewährleisten, werden die Versuche durch einen submodellbasierten Simulationsansatz begleitet, der auf der Virtual Crack Closure Technique basiert und von der Finite Fracture Mechanics inspiriert ist. Auf diese Weise können Energiefreisetzungsraten im Moment der Rissbildung und während des Risswachstums als Grundlage für die Ermittlung auf Realstrukturklebungen übertragbarer Kennwertverläufe berechnet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen