Beschreibung
P 1272 – Experimentelle und numerische Untersuchung der Dämpfungseigenschaften geklebter Strukturen unter dynamischer Beanspruchung
Eine Vielzahl an Konstruktionen aus Bereichen des Stahlbaus, wie bspw. Brückenbauwerke, Tragstrukturen für Windenergieanlagen und Mast- und Aussichtsturmkonstruktionen sowie aus den Bereichen des (Schwing-) Maschinenbaus und des Automobilbaus sind während ihres Betriebs dynamischen Erregungen ausgesetzt. Diese dynamischen Erregungen resultieren häufig aus Umwelteinflüssen bzw. dem regulären Betrieb einer Maschine oder eines Automobils und führen in der jeweiligen Konstruktion zu Strukturschwingungen, die wiederum mit erhöhten Strukturbeanspruchungen einhergehen. Klebstoffe auf Basis von Epoxidharzen und Polyurethanen sind derart modifizierbar, dass sie neben einer hervorragenden Festigkeit auch gute Dämpfungseigenschaften besitzen. Durch das viskoelastische Materialverhalten des Klebstoffs entsteht materielle Dämpfung, die einen Beitrag zur Strukturdämpfung liefert. Bislang ist allerdings ungeklärt, wie dynamisch beanspruchte Konstruktionen mit Klebverbindungen optimaler gestaltet werden können, um die vorteilhaften Dämpfungseigenschaften viskoelastischer Klebstoffe bei der dynamischen Abstimmung zu nutzen. Im Rahmen des abgeschlossenen Forschungsvorhabens wurden deshalb die Leistungsfähigkeit geklebter Verbindungen unter besonderer Berücksichtigung der dämpfenden Eigenschaften untersucht und modelliert. Auf Grundlage von durchgeführten mechanischen sowie dynamischen Charakterisierungsversuchen wurden ein 2K-PU- und ein 2K-EP-Klebstoff für die weiteren Untersuchungen ausgewählt. Im Kontext der Schwingbeanspruchung ergibt sich für die Anwendungsgebiete Stahlbau, Automobilbau sowie Schwingmaschinen bzw. Anlagenbau das Erfordernis zur Untersuchung des Dämpfungsverhaltens. Im Rahmen des Projektes wurde eine neue Methodik zur Berücksichtigung dämpfender Klebschichteigenschaften von dynamisch beanspruchten Strukturen entwickelt. Der Fokus wird dabei sowohl auf die experimentelle als auch numerische Identifikation und Charakterisierung der Dämpfungseigenschaften geklebter Verbindungen gelegt. Der erzielte Entwicklungsfortschritt kann zur Effizienz- und Wirtschaftlichkeitssteigerung in den Bereichen Stahl-, Automobil sowie Schwingmaschinen und Anlagenbau führen.
Ziel des Forschungsprojekts war die Entwicklung eines Konzepts zur sicheren Berechnung und Beurteilung der Dämpfungseigenschaften dynamisch beanspruchter, geklebter Überlapp- und Steckverbindungen. Das Konzept für soll für Konstruktionen und Strukturen aus dem Stahl-, Automobil-, Schwingmaschinen- und Anlagenbau anwendbar sein. Hierfür wurden die folgenden Arbeiten durchgeführt:
- Charakterisierung geeigneter Werkstoffe (Stahlgüten und Klebstoffe) sowie geklebter Verbindungsdetails aus den Bereichen Stahlbau, Automobilbau, Schwing- und Anlagenbau.
- Untersuchung des Dämpfungspotentials anhand numerischer Berechnungen an realitätsnahen Strukturen.
- Identifikation relevanter Materialparameter sowie Entwicklung und Validierung des Werkstoffmodells zur Beschreibung des Dämpfungsverhaltens der Klebstoffe
Es wurden die folgenden Ergebnisse erzielt:
- Quantifizierung des Dämpfungspotentials geklebter technologischer und bauteilähnlicher Probekörper
- Identifikation des Einflusses verschiedener Geometrie- und Prüfrandbedingungen auf die Dämpfungseigenschaften der untersuchten Probekörper
- Erfolgreiche Entwicklung und Validierung von Materiamodellen der Klebstoffe: Die experimentell bestimmten Dämpfungseigenschaften können durch numerische Simulationen prognostiziert werden.
Veröffentlichung:
April 2022
Autoren:
J. Damm, M. Albiez, Prof. T. Ummenhofer, J. Göddecke, Prof. G. Meschut, F. Kötz, Prof. A. Matzenmiller
