Experimentelle Untersuchung und Modellierung von Maßstabseffekten in Klebungen

Abstract

Klebstoffe haben heutzutage eine große Bedeutung in wichtigen Wirtschaftsbranchen, wie z. B. im Automobilbau, im Schienenfahrzeugbau, in der Luft- und Raumfahrttechnik, im Maschinenbau und in der Elektrotechnik/ Elektronik, so dass ein großes Interesse daran besteht, das mechanische Verhalten geklebter Werkstoffe durch geeignete Modelle zu erfassen und über Simulationen Voraussagen in Bezug auf den Einsatzbereich und die Einsatzfähigkeit treffen zu können.

In der vorliegenden Arbeit geht es um die Modellierung von Klebungen aus Polyurethan. Diese Klebungen zeigen, je nach Schichtdicke, ein unterschiedliches mechanisches Verhalten unter Belastung. Dieses mechanische Verhalten wird in entsprechenden Experimenten (Schub- und Zugversuche) charakterisiert.

Auf der theoretischen Seite wird ein auf den experimentellen Datenpool gestütztes, erweitertes kontinuumsmechanisches Materialmodell entwickelt und numerisch umgesetzt. Die eingeführten Material- und Modellparameter werden über die Parameteridentifikation anhand der experimentellen Daten bestimmt.

Zum Abschluss wird die Tauglichkeit des Modells durch eine zusätzliche Anwendungsmöglichkeit im Bereich gefüllter Polymere demonstriert.

Adhesives are widely used in many important branches of industrial applications, i. e. in automotive, aeronautical, electrical and mechanical engineering. Thus, it is of major importance to describe the mechanical behaviour of such adhesive joints appropriately in order to prognosticate their behaviour with respect to the application area and the utilisability.

The present work deals with the modelling of polyurethane bonds. These bonds show a significantly different mechanical behaviour depending on their thickness. Experimental investigations (shear and uniaxial tension tests) are performed to characterise the mechanical properties.

On the theoretical side, an extended continuum mechanical model which is based on the experimental data is developed and numerically implemented. The introduced material and model parameters are determined via the parameter identification according to the experimental data.

Concluding, the model';s efficiency is demonstrated by presenting further possible applications in the range of filled polymers.