Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Experimentelle und numerische Untersuchung der Dämpfungseigenschaften geklebter Strukturen unter dynamischer Beanspruchung

In den unterschiedlichsten Branchen sind Konstruktionen und Verbindungen dynamischen Beanspruchungen ausgesetzt. Zur Verbesserung der Ressourceneffizienz geht der Trend branchenübergreifend immer mehr in die Richtung von leichteren und schlankeren Konstruktionen. Damit nimmt die Anfälligkeit gegenüber dynamischer Erregung und daraus resultierender Schwingungen zu.

Ziel des geplanten Forschungsprojektes ist die Untersuchung des Potentials klebtechnischer Verbindungen zur gezielten Dämpfung dynamisch beanspruchter Strukturen aus den Bereichen Stahl-, Automobil- sowie Maschinenbau. Neben Brücken sind auch Windenergieanlagen, Verkehrszeichen und Mastkonstruktionen schwingbeanspruchte Stahlkonstruktionen. Änderungen der Antriebskonzepte (Elektromotoren) im Automobilbau führen zu neuen Anforderungen an die Fahrzeugstruktur und die Akustik im Fahrzeuginnenraum. Die Ausnutzung der Klebschichtdämpfung kann hier zu einer Verbesserung der dynamischen und akustischen Eigenschaften beitragen. Der Einsatz dämpfender Klebschichteigenschaften bei Schwingmaschinen kann sich positiv auf die Lebensdauer von Komponenten/Fügestellen auswirken.

Auf Basis der Analyse der Randbedingungen dieser Strukturen werden geeignete Klebstoffe charakterisiert und mathematisch modelliert. Zur Kennwertermittlung und Validierung dienen Experimente an technologischen und bauteilähnlichen Proben. Das validierte Berechnungsverfahren wird abschließend verwendet, um eine Konstruktion mit mehreren Klebanschlüssen unter dynamischer Belastung hinsichtlich ihrer Dämpfungseigenschaften zu untersuchen.

Die Forschungsergebnisse tragen zur Steigerung der Effizienz dynamisch beanspruchter Strukturen bei und versetzen Dienstleister in die Lage, schwingbeanspruchte Strukturen mit geklebten Anschlüssen geeignet zu dimensionieren. Durch den Wissensvorsprung und die Spezialisierung in den Bereichen Klebtechnik und Strukturdämpfung profitieren insbesondere die in Konstruktion und Berechnung tätigen KMU.

Ergebniszusammenfassung:

Ziel des Forschungsprojekts war die Entwicklung eines Konzepts zur sicheren Berechnung und Beurteilung der Dämpfungseigenschaften dynamisch beanspruchter geklebter Überlapp- und Steckverbindungen. Das Konzept soll anwendbar sein bei Konstruktionen und Strukturen aus dem Stahl-, Automobil-, Schwingmaschinen- und Anlagenbau.

Hierfür wurden die folgenden Arbeiten durchgeführt:

• Charakterisierung und Auswahl geeigneter Werkstoffe (Stahl und Klebstoff) 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 von Werkstoffmodells zur Beschreibung des Dämpfungsverhaltens der Klebstoffe.

Es wurden die folgenden Ergebnisse erzielt:

• Kenntnis der dynamisch-mechanischen Eigenschaften der untersuchten Klebstoffe

• Quantifizierung des Dämpfungspotentials geklebter technologischer und bauteilähnlicher Probekörper

• Kenntniss 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.

Durch die entwickelten Werkstoffmodelle der Klebstoffe wird eine Möglichkeit zur sicheren Berechnung der dissipativen Eigenschaften geklebter Anschlüsse zur Verfügung gestellt. Der potentielle Nutzerkreis aus kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) profitiert von den erarbeiteten Kenntnissen hinsichtlich der zu beachtenden Randbedingungen und geeigneter Klebstoffe für die oben beschriebenen Anwendungsgebiete. Aus dem dargestellten wissenschaftlich-technischen Nutzen der erzielten Ergebnisse folgt für die Herstellung von geklebten Strukturen der oben genanten Branchen ein wirtschaftlicher Vorteil für KMU.