Dimensionierung von Klebverbindungen Der übliche Weg Der Festigkeitsnachweis von Klebverbindungen erfolgt in den meisten Anwendungen noch immer rein empirisch, indem man Stichproben von Verbindungen den möglichst gleichen Beanspruchungen unterwirft, wie sie im praktischen Einsatz üblich bzw. zu erwarten sind. Wichtig ist dabei, dass auch die Geometrie der Prüfkörper in möglichst enger Anlehnung an die Praxis gewählt wird. Geschlossene Berechnungsverfahren Diese pragmatische Vorgehensweise steht jedoch nicht im Einklang mit den Methoden, mit denen Maschinenbau-Ingenieure ihre Bauteile und Strukturen zu berechnen gewohnt sind. Hier sind abgesicherte Materialgesetze, Versagenshypothesen und Berechnungsmethoden für die kritischen Spannungen und/oder Verformungen gefordert. Seit Volkersen 1938 erstmals eine relativ übersichtliche Formel zur Berechnung der Schubspannungsspitzen bei überlappten Niet- und Klebverbindungen herleitete, sind eine Vielzahl von immer komplexeren geschlossenen Methoden für die praxisüblichen Fügegeometrien und die unterschiedlichen Beanspruchungsarten veröffentlicht worden. Es stehen also genügend Werkzeuge zur Verfügung, um bei vorgegebener Geometrie und Beanspruchung einer Klebverbindung die kritischen Spannungen bzw. Verformungen rechnerisch vorauszusagen. Finite-Elemente-Methode (FEM) Seit den 70er Jahren des vorigen Jahrhunderts werden Klebverbindungen nach der Methode der Finiten Elemente berechnet. Aber erst in jüngerer Zeit stehen allen Ingenieuren genügend leistungsfähige und kostengünstige Rechner-Kapazitäten zur Verfügung, um diese Methode in den Konstruktionsbüros breit zu nutzen. Unbefriedigend war bisher die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit der klebstoffspezifischen Materialgesetze und Versagenshypothesen. Neuere Forschungsarbeiten (z. B. Schlimmer, Uni Kassel) haben für Klebstoffe ganz spezifische Materialgesetze ergeben. Klebstoffe sind damit anders zu betrachten, als es der Ingenieur bisher von seinen Werkstoffen gewohnt ist. Die Absicherung der Allgemeingültigkeit dieser Materialgesetze hinsichtlich der Übertragbarkeit auf unterschiedliche Klebstoffarten und auf dynamische Lastfälle ist Gegenstand laufender Forschungsarbeiten. Es ist dabei das Ziel, diese Materialgesetze als Module in bereits existierende FEM-Software zu implementieren. Fazit Man kann also bei vorgegebener Beanspruchung die kritischen Spannungen und Verformungen in Klebverbindungen berechnen. Insbesondere kann man damit studieren, wie die örtlichen Beanspruchungen bei Änderung der Geometrie und Steifigkeit der Bauteile beeinflußt werden. Bei der Festlegung der zulässigen Beanspruchungen sind Kennwerte üblich, die aus der praktischen Erfahrung abgeleitet sind. Wie die vielen Erfolgs-Geschichten der Klebtechnik belegen, kann man damit meist gut zurecht kommen. Ingenieurbüro Dr.-Ing. Horst Stepanski Lützenkirchener Str. 427 51381 Leverkusen Tel. +49(0)2171-395 63 63 [email protected]
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