Dimensionierung von Klebverbindungen mit Hilfe der Bruchmechanik:
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Aachen
Shaker
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| adam_text | Titel: Dimensionierung von Klebverbindungen mit Hilfe der Bruchmechanik
Autor: Handing, Christian
Jahr: 2005
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 1
2 Stand der Erkenntnisse 3
2.1 Grundlagen der Klebtechnik 3
2.2 Grundlagen der Bruchmechanik 7
2.2.1 Theoretische Grundlagen der Bruchmechanik 7
2.2.2 Spannungsintensitätsfaktoren 8
2.2.3 Energiefreisetzungsraten 10
2.2.4 Einfluss des Spannungszustandes auf die plastische Zone an der Rissspitze und
die Bruchzähigkeitswerte 10
2.3 Anwendung der Bruchmechanik bei geklebten Verbindungen 12
2.3.1 Proben zur Untersuchung des Bruchverhaltens bei Klebverbindungen 12
2.3.2 Einfluss des Spannungszustandes bei geklebten Verbindungen 15
2.3.3 Dehnraten- und Temperatureffekte 16
2.4 Bruchhypothesen zur Bewertung von Mixed-Mode Beanspruchungen 18
3 Zielsetzung und Lösungsweg des Forschungsvorhabens 21
4 Versuchseinrichtungen 23
4.1 Zugprüfeinrichtungen 23
4.2 Torsionspriifeinrichtung MTS Drehzylinder 24
4.3 Ebene Spannungsoptik 25
4.3.1 Prinzip der Spannungsoptik 25
4.3.2 Einsatz des Phasenshiftverfahrens 28
4.3.3 Synthese von Spannungsoptik und Bruchmechanik 29
4.4 Verformungsmessung nach dem Grauwertkorrelationsverfahren 31
4.5 Rasterelektronenmikroskop 32
4.6 Eingesetzte FEM Programme 34
4.6.1 ABAQUS 34
4.6.2 FEM Programm StressCheck 35
5 Verwendete Versuchswerkstoffe.............—............................................37
5.1 Fügeteilwerkstoffe 37
5.2 Klebstoffe 37
I
Inhaltsverzeichnis
6 Experimentelle und numerische Untersuchungen an geklebten CTS-
Proben zur Ermittlung des Bruchverhaltens 41
6.1 Fertigung der CTS-Proben und Untersuchung des Einflusses der Singularität auf die
Bruchkräfte 41
6.2 Untersuchte Probenvariationen 43
6.3 Quasistatische Prüfung der geklebten CTS-Proben unter Variation des
Belastungswinkels 44
6.4 Makroskopische- und REM Bruchflächenanalyse der geprüften CTS-Proben 49
6.5 REM Untersuchung der Bruchflächen der CTS-Proben 50
6.6 Ermittlung von Spannungsintensitätsfaktoren mit Hilfe der Finite Elemente
Methode 54
6.6.1 Vergleich der unterschiedlichen FEM Berechnungsmodelle für geklebte CTS-
Proben zur Konvergenzabschätzung 54
6.6.2 Berechnung von SIF an homogenen CTS-Stahlproben und Vergleich mit
Lösungen gemäß Kapitel 2.3.1 56
6.6.3 Bestimmung von Bruchgrenzkurven mittels FEM für die drei Klebstoffe 57
6.7 Schlussfolgerungen aus den Untersuchungen an geklebten CTS-Proben 60
7 Verifikation der FEM Berechnungsmethodik mit Hilfe der
Spannungsoptik 61
7.1 Verifikation über die Hauptgleichung der Spannungsoptik 62
7.2 Verifikation über den Betrag der Normalspannungsdifferenz bzw. der
Schubspannungsverteilung 64
7.3 Bestimmung der Spannungsintensitätsfaktoren mit Hilfe der
Multiparametermethode 66
7.4 Zusammenfassung der spannungsoptischen Untersuchungen 68
8 Bruchmechanische Untersuchungen an Klebstoffsubstanzproben 69
8.1 Probenfertigung 69
8.2 CTS-Priifung der Klebstoffsubstanzproben 70
8.3 Zusammenfassung der CTS-Prüfung an Klebstoffsubstanzproben 74
9 Verifikation der Submodellberechnung zur Ermittlung von
bruchmechanischen Kennwerten 75
9.1 Zusammenfassung der durchgeführten Untersuchungen zur Submodelltechnik 84
10 Untersuchungen zum Versagensverhalten geklebter Hutprofilproben 85
10.1 Fertigung der Hutprofilproben 85
10.2 Quasistatische Torsionsprüfung der Hutprofilproben 87
II
Inhaltsverzeichnis
10.2.1 Versagensbilder der Hutprofilproben 91
10.3 Ursachenbestimmung für den Drehmomentenabfall mit Hilfe des
Grauwertkorrelationsverfahrens 92
10.4 FEM Berechnungen zur Ermittlung von Bruchkennwerten an den Hutprofliproben
93
10.5 Zusammenfassung der durchgeführten Untersuchungen an rissbehafteten
Hutprofilproben 99
11 Experimentelle und numerische Untersuchungen an dünnen
Zugscherproben 100
11.1 Fertigung der dünnen rissbehafteten Zugscherproben 100
11.2 Quasistatische Prüfung an der dünnen Zugscherprobe 101
11.3 Bruchflächenuntersuchung bei den Zugscherproben 106
11.4 FEM Berechnungen zur Bestimmung der Bruchzähigkeiten an den
Zugscherproben 108
11.5 Zusammenfassung zu den Untersuchungen an den dünnen Zugscherproben 112
12 Untersuchung des Mode III Einflusses anhand einer Mixed-Mode
Probenform 113
12.1 Fertigung der Proben 113
12.2 Uniaxiale Prüfung der Proben 114
12.3 Bruchbilder der Proben zur Untersuchung des Mode III Einflusses 115
12.4 Bestimmung kritischer SIF mittels FEM Berechnung 116
12.5 Bewertung des Mode III Einflusses mittels Bruchhypothesen 117
12.6 Zusammenfassung der Untersuchungen unter einer nicht ebenen Mixed-Mode
Belastung 119
13 Numerische Untersuchung weiterer Einflussparameter auf das
Bruchverhalten 120
13.1 Einfluss der Probenform und der äußeren Belastungsgeschwindigkeit auf die
Dehnrate 120
13.2 FEM Studie zur Untersuchung des E-Modul- sowie des Klebschichtdickeneinflusses
122
13.3 Zusammenfassung der numerischen Untersuchungen 125
14 Zusammenfassung 126
15 Literaturverzeichnis 130
III
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