Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Methodenentwicklung zur Simulation des Viscous Fingering in Klebverbindungen von stahlintensiven Mischbaustrukturen

In vielfältigen klebtechnischen Anwendungen tritt das Problem auf, dass die Klebflächen im unausgehärteten Zustand bzw. in der flüssigen Phase eine Beanspruchung in Klebschichtnormalenrichtung erfahren. Anwendungsbeispiele hierfür sind der Warmaushärteprozess von Klebschichten in hybridgefügten, stahlintensiven Strukturen in Kombination mit Leichtmetallen wie Aluminium oder der Einsatz punktförmiger Fügtechniken in Verbindung mit dem Kleben, wie das Widerstandselementschweißen oder das Halbhohlstanznieten. Eine Vergrößerung des Klebspaltes aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten der gefügten Materialien führt zu einer Normalbeanspruchung der flüssigen Klebschicht und damit zu einer mitunter deutlichen Reduktion der ursprünglichen Klebfläche. Die vorbelastete Klebfläche weist eine mäanderförmige Struktur auf. Im weiteren Fertigungsablauf wird die mäanderförmige Struktur schließlich ausgehärtet. Infolgedessen ist aufgrund der reduzierten Klebfläche und auftretenden Kerbwirkung mit einem deutlich erhöhten Spannungsaufbau in der ausgehärteten Verbindung unter Belastung zu rechnen. Gegenstand des Projektes ist die experimentelle Charakterisierung sowie die numerische Beschreibung des als viscous fingering bekannten Problems mit dem Anwendungsfokus „Kleben stahlintensiver Strukturen“. Hierzu werden fluiddynamische Simulationen durchgeführt, welche den Einfluss der sensitiven Parameter, auf die Klebflächenausbildung abbilden und anhand derer ein Metamodell abgeleitet wird. Das Metamodell berechnet die effektive Klebfläche infolge der Fertigung. Damit erhalten Ingenieurbüros und Anwender punktförmiger Fügetechnik - die häufig KMU sind - ein Werkzeug, das ihnen die optimale Auslegung gefügter Strukturen unter Berücksichtigung des Fertigungsprozesses ermöglicht. Das Metamodell soll schließlich mit einer FE-Simulation gekoppelt werden, um den Einfluss von viscous fingering auf die mechanischen Eigenschaften bewerten zu können.