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.
Inhaltsverzeichnis
- Übersicht
- Inhaltsverzeichnis
- Symbolverzeichnis
- 1 Einleitung
- 2 Grundlagen
- 2.1 Klebverbindung
- 2.1.1 Aufbau
- 2.1.2 Belastung und Schubspannungsverlauf
- 2.2 Bruchmechanische Betrachtungsweise
- 2.1 Klebverbindung
- 3 Konstruktion
- 3.1 Aktuelle Situation
- 3.1.1 Literaturstudium
- 3.1.2 Voruntersuchung - Verformungsverhalten der ENF-Probe
- 3.1.3 Analyse und Bewertung der vorhandenen Vorrichtung
- 3.2 Entwicklung der Versuchsvorrichtung
- 3.2.1 Anforderungen
- 3.2.2 Teilaufgaben und Teillösungen
- 3.2.3 Prinzipielle Lösungen
- 3.2.4 Bewertung der Lösungen und Auswahl einer Variante
- 3.3 Konstruktion der Versuchs vorrichtung
- 3.3.1 Wahl der Gegenprobe
- 3.3.2 Auslegung der Klemmvorrichtung
- 3.3.3 Berechnung der Rollendurchmesser
- 3.3.4 Auswahl der Federsteifigkeit der Schraubenzugfeder
- 3.3.5 Dimensionierung der Welle
- 3.3.6 Überschlägige Berechnung der Stifte
- 3.3.7 Toleranzauswahl
- 3.1 Aktuelle Situation
- 4 Mode II- und Mixed-Mode-Versuche
- 4.1 Versuchsaufbau
- 4.2 Versuchsdurchführung
- 4.3 Versuchsergebnisse und -auswertung
- 4.3.1 Versuchsbeobachtung
- 4.3.2 Auswertung und Darstellung der Versuchsergebnisse
- 4.4 Fehlerbetrachtung
- 4.4.1 Fehlerquellen
- 4.4.2 Abweichungsrechnung
- 4.5 Diskussion der Versuchsergebnisse
- 4.6 Bewertung der entwickelten Versuchs vorrichtung
- 5 Erstellung eines dreidimensionlen FE-Modells
- 5.1 Finite-Element-Methoden
- 5.1.1 Einführung
- 5.2 FE-Programm ‘ABAQUS'
- 5.2.1 Aufbau des Fortranprogrammes
- 5.2.2 Fortranprogramm zur Erzeugung des ABAQUS 'Inputfiles'
- 5.2.3 Modellierung der Versuchsvorrichtung
- 5.2.4 Modelllumsetzung in ‘ABAQUS’
- 5.2.4 ABAQUS 'Textfile'
- 5.3 Finite-Element-Analyse
- 5.3.1 Konvergenzbetrachtung
- 5.3.2 Vergleich der FE-Lösung mit den experimentellen Ergebnissen
- 5.3.3 Vergleich der FE-Lösung mit der analytischen Lösung
- 5.1 Finite-Element-Methoden
- 6 Zusammenfassung
- Literaturverzeichnis
- Tabellenverzeichnis
- Abbildungsverzeichnis
- Anhang
- A Flußdiagramm des Fortranhauptprogrammes 'abaql.f'
- B Beispiel-Inputfile
- C Beispiel-Textfile
- D CD
- E Stückliste & Konstruktionszeichnung
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Studienarbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung des Verformungsverhaltens einer geklebten Verbindung unter Mode II- und Mixed-Mode-Belastung. Dabei werden sowohl experimentelle als auch numerische Methoden angewandt. Die Arbeit zielt darauf ab, eine Versuchsvorrichtung für die experimentelle Ermittlung des Verformungsverhaltens zu entwickeln und ein Finites-Element-Modell für die theoretische Berechnung zu erstellen.
- Entwicklung und Konstruktion einer Versuchsvorrichtung für Mode II- und Mixed-Mode-Versuche an End Notched Flexure (ENF) Proben.
- Experimentelle Ermittlung des Verformungsverhaltens der Klebverbindung unter statischer Belastung.
- Entwicklung eines dreidimensionalen Finite-Element-Modells der Klebverbindung in ABAQUS.
- Vergleich der Ergebnisse der FE-Analyse mit den experimentellen Ergebnissen.
- Bewertung der entwickelten Versuchsvorrichtung und des FE-Modells.
Zusammenfassung der Kapitel
Im ersten Kapitel werden die Grundlagen der Klebverbindungen und die Bruchmechanische Betrachtungsweise erläutert. Kapitel 3 befasst sich mit der Konstruktion der Versuchsvorrichtung, wobei zunächst der aktuelle Stand der Technik betrachtet wird. Anschließend werden die Anforderungen an die neue Vorrichtung definiert und verschiedene Lösungsmöglichkeiten diskutiert. Die finale Konstruktion der Vorrichtung wird im Detail beschrieben. Kapitel 4 beschäftigt sich mit der Durchführung der Mode II- und Mixed-Mode-Versuche, einschließlich der Auswertung der Ergebnisse und Fehlerbetrachtung. In Kapitel 5 wird das Finite-Element-Modell der Klebverbindung erstellt und mit Hilfe des FE-Programms ABAQUS analysiert. Abschließend werden die Ergebnisse der FE-Analyse mit den experimentellen Ergebnissen verglichen.
Schlüsselwörter
Die Arbeit befasst sich mit den Themengebieten Klebverbindungen, Bruchmechanik, Versuchsvorrichtung, Finite-Element-Methode, ABAQUS, Mode II- und Mixed-Mode-Belastung, End Notched Flexure (ENF) Probe, Schubspannungsverlauf, Verformungsverhalten.
- Arbeit zitieren
- Claudia Granpayeh, geb. Todt (Autor:in), 1999, Das Verformungsverhalten von Klebeverbindungen unter Mode II- und Mixed-Mode-Belastung. Praktische Versuche und die Erstellung eines Finite-Element-Modells, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/12688