VL 10: Betriebsfestigkeit von Klebungen Bruchmechanik Konzepte Flashcards
1
Q
quantitative Behandlung der Spannungen in geklebten Fügeteilen
A
wichtig:
- Nachgiebigkeit der Fügeteile
- Geometrie der Klebung
2
Q
einschnittige Überkappung
A
- höchste Lasten in der Klebschicht am Rand
- immer am Rand auf. Ab einer bestimmten Überlappungslänge bewirkt eine weitere Erhöhung keine signifikante Verringerung der Randmaxima
- Sind die Maximalspannungen zu hoch hilft nur eine (Zunahme der Klebefläche)
- ideal linear elastisches Werkstoffes Verhalten = höhere Schubspannungen am Rand
3
Q
Rautiefe und Klebschichtdicke
A
- Aufrauen erzeugt eine größere Klebfläche (1,2
1,6 fach ) Größere Adhäsion. - Die Rautiefe und Klebschichtdicke sollen einander entsprechen.
- Die Klebschichtdicke von ca. 0,1 mm stellt ein Optimum da. Sehr dünne Klebschicht hohe Spannungsmax . ; dicke Klebschicht hohe Kohäsionsbelastung
4
Q
konstruktive Maßnahmen
A
- Kleber-Kehlnaht erhöht die Schwingfestigkeit -> scharfe Kanten vermeiden
- zus. Nieten/Schrauben
- Umfalzen
- Flächenvergrößern
- Steifigkeitserhöhung
5
Q
Mode I Rissfortschritt DCB-Probe
A
- Die kritische Energiefreisetzungsrate ΔG zum Rissfortschritt bei statischer Last steigt mit der Klebschichtdicke.
- bei schwing. Beanspruchung: ΔG_krit ist kleiner um 1 bis 2 Größenordnung i.V. zum stat. Wert (dasselbe bei einschnittiger Überlappungs-Probe)
6
Q
Kohäsion - Risszähigkeit von EP Harz
A
- Analyse der Temperzustände mittels DSC
(Differential Scanning Calorimetry ) - statische Kennwerte sind gleich
- Rissfortschritt unterscheidet sich deutlich (je höher die Härtung-Temperatur, desto kleiner die Rissfortschrittrate)
7
Q
Bruchmechanik der EP-Matrix – GFK-Ermüdung (Härtung-Temp. 50 vs. 60°C)
A
- Aushärtegrad: 94.6% vs 96.4%
- Auch im Verbund Lebensdauerverlängerung um Faktor 10 je heißer
- Gute Vernetzung der Matrix – Mikrorissbildung verhindert lokalen Probenbruch.
8
Q
Nennspannung vs. Bruchmechanik
Wöhlerversuch vs. Rissfortschritt
A
- Basquin: N(σ_a) = N_ref * ( σ_a(N_ref)/σ_a )^k // Paris: da/dN = C * (ΔK)^m
- Konsequent müsste an der gekerbte Klebprobe der Rissfortschritt gemessen werden und eine bruchmechanische Analyse erfolgen.
- Basquin- und Paris-Gleichung sind einander äquivalent. Die Rissinitiierungsschwelle entspricht der Dauerfestigkeit.
9
Q
Wöhlerlinie vs. Lebensdauerlinie
A
- Das Wöhlerlinie und Lebensdauerlinie mittels der
Basquin Gl. „quasi parallel“ sind, wurde experimentell von Ostermann 1971 für Stähle gezeigt. - Daraus lässt sich eine lineare Schadensakkumulation vermuten.
10
Q
Betriebsfestigkeit von Klebungen - Fazit
A
- Mit der seit 2009 eingeführten Klebprobe können die Werkstoffpaarungen in Strukturklebungen für den Leichtflugzeugbau (CS22) besser bewertet werden.
- mehrere Zentimeter große Fehlstellen in Strukturklebungen an hoch beanspruchten Stellen werden über die zulässige Lebensdauerbeanspruchung wachsen -> führt jedoch nicht automatisch zum katastrophalen Versagen
- Im Vergleich zum Faser-Kunstsoff-Verbund Laminat ist die Lebensdauer von Strukturklebungen um 1 bis 2 Größenordnungen geringer.
- Versagen / Rissfortschritt läuft häufig im Faser
Matrix Interface -> modifizierte Kleber + bessere
Faser Matrix Kompatibilität im Verbund erforderlich - Eine Umrechnung von Einstufenversuchen in eine Lebensdauerbeanspruchung mittels einer lin. Schadensakkumulationshypothese, erscheint möglich zu sein (Bewertung anderer Lastkollektive)
11
Q
Zusammenfassung
A
- bei Auslegung von Klebungen: hohe Spannungsspitzen an den Ränder beachten -> deren Höhe ist dimensionierend
- Klebungen lassen sich mit bruchmechanischen Ansätzen beschreiben
- Bei schwingender Beanspruchung beträgt die technische Dauerfestigkeit ggf. nur 1/10 bis 1/100 der statischen Festigkeit.
Bei dicken Klebungen kommt es auf die kohäsive Schwingfestigkeit an. - Bruchmechanisch betrachtet müsste der Rissfortschritt in Klebungen erfasst werden. Vereinfacht können auch Wöhlerversuche nach dem Nennspannungskonzept an Klebproben durchgeführt, um z.B Einstufen- und Kollektivbeanspruchung vergleichen zu können.
