Robuste Auslegung und Berechnung struktureller Klebverbindungen unter Crashbelastung

Von:

Georg Schwarzkopf

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Mit dem Einsatz numerischer Methoden in der Produktentwicklung ist es möglich, das mechanische Verhalten geklebter Strukturen effizient zu prognostizieren und in Bezug auf die geforderten Qualitätsmerkmale (wie z. B. Steifigkeit, Festigkeit, Verformungsverhalten etc.) zu optimieren. Allerdings stellen das komplexe mechanische Werkstoffverhalten und seine Abhängigkeit von vielen Einflussparametern einige Herausforderungen an diese Methoden dar. Das Ziel der vorliegenden Dissertation ist die Erarbeitung einer Vorgehensweise zur robusten Auslegung struktureller Klebverbindungen. Dabei wird eine ganzheitliche Methodik vorgestellt, die alle hierfür notwendigen Schritte von der Parame-teridentifikation bis zur Robustheitsanalyse und der Robustheitsoptimierung am Beispiel einer bauteilähnlichen Probe aufzeigt. Bei der Identifikation der Materialpa-rameter werden unterschiedliche Ansätze sowohl aus experimenteller als auch nu-merische Sicht vorgestellt und in Bezug auf ihre Genauigkeit und Effizienz mitei-nander verglichen. Des Weiteren wird der Einfluss der fertigungs- und betriebsbe-dingten Toleranzen, wie die Klebschichtdicke, die Kehlnahtfüllung und die Belas-tungsgeschwindigkeit, auf das mechanische Klebschichtverhalten experimentell erfasst. Auf Grundlage dieser Untersuchungen werden Methoden entwickelt, mit deren Hilfe diese Einflüsse in den stochastischen Simulationen, wie z. B. die Robustheitsanalyse und -optimierung, effizient und mit genauer Prognosefähigkeit berücksichtigt werden können. Im letzten Abschnitt dieser Arbeit wird am Beispiel einer bauteilähnlichen Probe die Robustheit der Klebverbindung unter der Berück-sichtigung der fertigungs- und betriebsbedingten Toleranzen zunächst analysiert und anschließend optimiert.