Charakterisierungsversuche und Parameterbestimmung für die Kohäsivzonenmodellierung von Polyurethan-Klebverbindungen

Abstract

Im Automobil-Leichtbau werden neben epoxidharzbasierten (EP) Klebstoffen verstärkt auch polyurethanbasierte (PU) Klebstoffe für die Verbindung strukturrelevanter Komponenten eingesetzt, weshalb diese hinsichtlich ihres Crashverhaltens zu charakterisieren sind. Im Rahmen des DLR-Projektes „Next Generation Car“ sollen Modellierungsansätze für verschiedenartige Klebstoffsysteme identifiziert werden; insbesondere inwieweit eine Simulationsmethodik mittels Kohäsivzonenmodellierung für PU-basierte Klebverbindungen eingesetzt werden kann. Es wurde untersucht, welche Prüfkörper für die Charakterisierung von PU-Klebstoffen modifiziert bzw. neu konzipiert werden müssen. Für die Mode-I-Beanspruchung konnten die Versuche zur Kennwertermittlung, die sog. TDCB-Versuche (Tapered Double Cantilever Beam) nach dem Vorbild der EP-Klebstoffe mit Anpassungen übernommen werden. Bei den Versuchen unter Mode-II-Beanspruchung hat sich gezeigt, dass die für EP-Klebungen bewährten Versuche nicht für PU-Klebungen geeignet sind. Die großen Schubverzerrungen in der PU-Klebung sind nicht mit den vorgesehenen Verformungsgrenzen bekannter Probekörper vereinbar. Deshalb wurde zur Ermittlung der bruchmechanischen Kennwerte unter Schub eine modifizierte Probengeometrie entwickelt und getestet. Es wurden Parametersätze für das Kohäsivzonenmodell in Abhängigkeit der Dehnrate ermittelt, womit das Materialverhalten des untersuchten PU-Klebstoffs weitgehend abgebildet werden kann. Das dehnratenabhängige Verhalten der Steifigkeit kann im Kohäsivzonenmodell nicht hinterlegt werden, wobei noch zu klären ist, ob dies überhaupt Einfluss auf die Ergebnisse in der Gesamtfahrzeugsimulation hat.