Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Lebensdaueranalyse für Klebverbindungen in großen FKV-Strukturen mit variierenden Klebschichtdicken

Das Ermüdungsverhalten geklebter Großstrukturen, wie sie beispielsweise im Windenergieanlagen- und Schiffbau vorkommen, wird maßgeblich durch das Rissverhalten in der Klebschicht bestimmt. Fertigungsbedingte Imperfektionen haben dabei einen wesentlichen Einfluss auf die Entstehung sowie Ausbreitung von Rissen. Ziel des Vorhabens ist es daher, den Einfluss verschiedener Fehlstellen aus dem Fertigungsprozess auf die Lebensdauer von Faser-Kunststoff-Verbund- (FKV-) Großstrukturen zu analysieren und mathematisch zu beschreiben. Dazu werden zunächst in der Praxis auftretende Imperfektionen untersucht und klassiert, anhand derer Versuchs- und Simulationspläne abgeleitet werden. Normal- und schälspannungsindiziertes Versagen stellen die dominierenden Versagensformen dar, weshalb diese Belastungen in realen sowie virtuellen Versuchen auf verschiedenen Skalen (Substruktur, Coupon und Submodell) mittels statischer und dynamischer Versuche abgebildet werden. Die Realversuche und begleitenden numerischen Berechnungen ermöglichen eine effiziente Untersuchung eines großen Parameterraums. Aus dieser Kombination ergibt sich ein deutlich höheres Maß an Ergebnissen, welche stets mit Referenzwerten in Relation gesetzt werden. Anhand der Versuche werden verlässliche Erkenntnisse zum Einfluss der Imperfektionen erarbeitet und der Industrie bereitgestellt. Des Weiteren werden aus der Aufbereitung der Ergebnisse praxisgerechte Untersuchungsmethoden sowie Gestaltungsrichtlinien abgeleitet, wodurch die Auslegung von FKV-Klebverbindungen verbessert und zielgerichteter gestaltet werden kann. Überdies profitieren durch das gemeinsame Forschungsvorhaben insbesondere die KMU, da das Kompetenzportfolio um Beratungsdienstleistungen zur Konstruktion und Auslegung von Klebverbindungen für Großstrukturen erweitert wird. Weiterhin erschließen sich neue Bewertungsgrundlagen, anhand derer Inspektions- und Reparaturdienstleistungen verbessert werden können, welche vorrangig durch KMU bedient werden.

Ergebniszusammenfassung:

Das Ziel des IGF-Vorhabens "Levadi" war es, den Einfluss von Klebschichtdickenschwankungen und undefinierten Randgeometrien auf die Lebensdauer von großen FKV-Strukturen zu analysieren und mathematisch zu beschreiben.

Dazu wurden zunächst in der Praxis auftretende Imperfektionen charakterisiert und klassiert, anhand derer Versuchs- und Simulationspläne abgeleitet wurden. Normal- und schälspannungsindiziertes Versagen stellen die dominierenden Versagensformen in den Strukturen dar, weshalb diese Belastungen in experimentellen Untersuchungen sowie numerischen Berechnungen auf verschiedenen Skalen (Coupon, Substruktur und Submodell) mittels quasistatischer und zyklischer Versuche abgebildet wurden.

Neben der Ergebnisdokumentation in Form eines Schlussberichtes erfolgte die Darstellung der Erkenntnisse in Form von Gestaltungsrichtlinien zum Umgang mit variablen Klebschichtdicken für den Anwender. Die Realversuche und begleitenden numerischen Berechnungen ermöglichten eine effiziente Untersuchung eines großen Parameterraums. Aus dieser Kombination ergab sich ein deutlich höherer Umfang von abgesicherten Ergebnissen, welche stets mit Referenzwerten in Relation gesetzt werden konnten. Als Ergebnis dieses Forschungsprojektes konnten verlässliche Erkenntnisse zum Einfluss der Imperfektionen erarbeitet und der Industrie bereitgestellt werden. Des Weiteren wurden aus der Aufbereitung der Ergebnisse praxisgerechte Untersuchungsmethoden sowie Gestaltungsrichtlinien abgeleitet, wodurch die Auslegung von FKV-Klebverbindungen verbessert und zielgerichteter gestaltet werden kann. Dies versetzt die KMU in die Lage, das Kompetenzportfolio um Beratungsdienstleistungen zur Konstruktion und Auslegung von Klebverbindungen für Großstrukturen zu erweitern. Weiterhin erschließen sich neue Bewertungsgrundlagen, anhand derer Inspektions- und Reparaturdienstleistungen verbessert werden können, welche vorrangig durch KMU bedient werden.