Das Verformungsverhalten von Klebeverbindungen unter Mode II- und Mixed-Mode-Belastung. Praktische Versuche und die Erstellung eines Finite-Element-Modells

Studienarbeit aus dem Jahr 1999 im Fachbereich Ingenieurwissenschaften - Luft- und Raumfahrttechnik, Note: 1.3, Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig (Flugzeugbau und Leichtbau), Sprache: Deutsch, Abstract: Im Rahmen dieser Studienarbeit wurde das Verformungsverhalten einer ausgewählten Klebverbindung unter Mode II- und Mixed-Mode-Belastung untersucht. Für die experimentelle Ermittlung des Verformungsverhaltens wurde eine Versuchsvorrichtung entwickelt. Bei der konstruktiven Gestaltung und Dimensionierung der Vorrichtung wurden die Besonderheiten der gewählten Proben-Belastungs-Kombination berücksichtigt. Umfangreiche theoretische Voruntersuchungen des Verformungsverhaltens der ENF-Probe unter Mode II- und Mixed-Mode-Belastung basierend auf der linearen Elastitizitätstheorie sowie die ausführliche Bewertung der Versuchsergebnisse der vorhandenen Versuchsvorrichtung wurden bei der Entwicklung der Versuchsvorrichtung berücksichtigt. Die entwickelte Vorrichtung wurde für die statische und dynamische Prüfung dimensioniert. Die Versuchsdurchführung beschrankt sich auf die statischen Mode II - und Mixed-Mode-Versuche. Die experimentell ermittelbaren Parameter sind die Probenbelastung, der Probenweg und die Randfaserdehnung. Für die theoretische Ermittlung des Verformungsverhaltens der Klebverbindung wurde ein Finites-Element-Modell entwickelt. Das FE-Modell wurde für das FE-Programm ABAQUS mit Hilfe der entwickelten Fortranroutine erstellt. Für den Vergleich mit den experimentellen Ergebnissen sind die interessierenden Parameter in Abhängigkeit der experimentell ermittelten Probenbelastung die Knotenverschiebungen der modellierten Fugeteilvorderkante und die Randfaserdehnung der Fugeteile. In der Erwartung, daß die Ergebnisse der FE-Analyse und der Versuche gut übereinstimmen, stimmt der mit dem FE-Modell berechnete Schubspannungsverlauf in der Klebschichtmitte mit dem in der Klebung wirkenden Schubspannungsverlauf überein. Abschließend wird die FE-Lösung mit einer analytischen Lösung, die die Struktur beschreibenden Differentialgleichungen fur den Mode II-Versuch befriedigt, verglichen. Das Verformungsverhalten der Klebverbindung kann mit hinreichend guter Genauigkeit zum einen durch die Versuche und zum anderen durch die vorgestellten theoretischen Methoden ermittelt werden. Mit dem entwickelten FE-Modell und der analytischen Lösung existieren zwei Methoden zur Ermittlung des Schubspannungsverlaufes in der Klebschicht und im besonderen in der Rißspitze.