P 1221 – Auslegungsmethode für zyklisch beanspruchte Stahl/CFK-Klebverbindungen unter besonderer Berücksichtigung des Rissfortschritts

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ISBN: 978-3-96780-063-0 Artikelnummer: 544375c76e70 Kategorien: ,

Beschreibung

P 1221 – Auslegungsmethode für zyklisch beanspruchte Stahl/CFK-Klebverbindungen unter besonderer Berücksichtigung des Rissfortschritts

Der Leichtbauwerkstoff CFK (kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff) ist aufgrund seiner spezifischen Eigenschaften und seines geringen Gewichts ein etablierter Werkstoff, der innovative Konstruktionen zur Erfüllung hoher Ansprüche an Design, Sicherheit und Komfort ermöglicht und nicht zuletzt durch  Gewichtsreduzierungen effizientere Bauweisen im Transportwesen realisiert. Die relativ hohen Kosten dieses Werkstoffes erfordern den wirtschaftlichen Einsatz von CFK dort, wo sein spezifisches Leichtbaupotential effektiv ausgenutzt werden kann. In Verbindung mit hochfesten Stählen lassen sich so  leichte und sichere Strukturen wirtschaftlich herstellen. Die Klebtechnik stellt dabei eine vielseitige und zugleich werkstoffgerechte Fügetechnologie für Faserverbundkunststoffe im Mischbau dar. Die Auslegung von Stahl/CFK-Klebverbindungen erfordert eine genaue Kenntnis des Verbindungs- und Versagensverhaltens, insbesondere unter wechselnden Beanspruchungsarten und -geschwindigkeiten. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Qualifizierung eines Prüfkonzepts für die Auslegung von Stahl/CFK-Klebverbindungen in verschiedenen Industriezweigen.
Das verwendete Prüfkonzept basiert auf starren Stahlfügeteilen mit aufgeklebten CFKCoupons, was eine möglichst homogene und vor allem einachsige Beanspruchung der Klebschicht ermöglicht. Dadurch können die wechselseitigen Beeinflussungen des CFK und des Klebstoffes auf die Fügeverbindung untersucht werden. Die grundlagenbildenden Versuche werden quasistatisch durchgeführt. Darauf aufbauend werden dehnratenabhängige Versuche und Versuche unter Schwingbeanspruchung an Stahl/Stahl- und Stahl/CFK-Klebverbindungen durchgeführt und mit den Referenzversuchen vergleichend gegenübergestellt. Dadurch soll ein umfassendes Verständnis der mechanischen Eigenschaften und des Versagensverhaltens aufgebaut werden. Neben kontinuumsmechanischen Prüfungen unter den Hauptbeanspruchungsarten Zug und Schub werden bruchmechanische Prüfkörper entwickelt, welche zur Untersuchung des Rissfortschrittsverhaltens und der Aufdeckung interphasenspezifischer Effekte eingesetzt werden. Die Prüfung einer Bauteilähnlichen Probe rundet die experimentellen Untersuchungen ab.
Die gewonnenen Erkenntnisse fließen abschließend in einem Vorgehensmodell zur Prüfung und Auslegung von Stahl/CFK-Klebverbindungen zusammen. Das Vorgehensmodell enthält neben der Probenherstellung, Prüfung und Versuchsinterpretation auch Hinweise zur Auslegung der Klebverbindung,  welche sich in Abhängigkeit der verwendeten Epoxidharz- und Polyurethan-Klebstoffe sowie der zugrundeliegenden Beanspruchung ableiten lassen.

Veröffentlichung:
2020

Autoren:
Prof. Dr.-Ing. G. Meschut