Finite Elemente in Bewegung - CAD-FEM GmbH

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LS-DYNA
Methodenentwicklung zur Berechnung von
höherfesten Stahlklebverbindungen des
Fahrzeugbaus unter Crashbelastung
infoplaner 1/2008
T-Stoß
Berechnung zum T-Stoß
Vergleich Modell – Experiment
Numerische Simulationsmethoden verkürzen die Entwicklungszeiten
von fortschrittlichen technischen Produkten. Dabei spielt die Simulation
des Crashverhaltens von Klebverbindungen im Fahrzeugleichtbau eine
herausragende Rolle.
Motivation
Die Werkstoffmodelle, die numerische
Simulation und die Messung der Kennwerte
unter Crashbedingungen müssen
gleichzeitig entwickelt werden, um einen
in sich konsistenten Rahmen zu schaffen.
Unter der Annahme, dass die Klebverbindungen
kohäsiv versagen, sind mehrere
Zugänge möglich: Auf der einen Seite
können detaillierte Werkstoffmodelle zur
Beschreibung des mechanischen Verhaltens
des Klebstoffs und der Fügeteile angewendet
werden, um das Verhalten der
Klebverbindung zu berechnen. Auf der
anderen Seite können vereinfachte
Modelle verwendet werden, die auf experimentelle,
die Klebverbindung beschreibende
Daten zurückgreifen, ohne das
mechanische Verhalten des Klebstoffs im
Detail zu betrachten.
Vorgehensweise
Die Methode der Finiten Elemente wurde
in beiden Fällen mit Volumen- und vereinfachten
Grenzflächenelementen verwendet.
Die Projektstrategie bestand darin, in
jedem Fall zunächst von den Grundversuchen
auszugehen, die für die Kennwertermittlung
verwendet wurden, und diese
zu simulieren. Nach diesem Schritt wurden
die Daten und Methoden mit zwei
weiteren Experimenten, der KSII-Probe
und dem T-Stoß, validiert. Zuletzt wurden
zwei vereinfachte Bauteile numerisch und
experimentell untersucht. Die erarbeiteten
Methoden und die entwickelte Software
kann mit der kommerziellen FE-Plattform
LS-DYNA verwendet werden.
Kontinuumsmechanische Modelle
Einachsige Zugversuche an Klebstoffproben,
die aus ausgehärteten Klebstoffplatten
gefertigt wurden, und Zugscherversuche
werden als Grundversuche zur Bestimmung
der Werkstoffkennwerte betrachtet. Neben
den genannten Prüfungen sind auch quasistatische
Versuche an stumpf geklebten
Hohlzylindern (Doppelrohrprobe) Grundversuche
für die Parameteridentifikation
der kontinuumsmechanischen Werkstoffmodellgesetze.
Der Vorteil der zuletzt
genannten Experimente besteht darin,
dass Kombinationen von Zug/Druck- und
Schubbeanspruchung möglich sind. Im vorliegenden
Projekt konnten verschiedene
dynamische Versuche an stumpf geklebten
Rohrproben (Becherprobe) im Zugversuch
durchgeführt werden.
Vereinfachte Ersatzmodellierung
Neben einem kontinuumsmechanischen
Ansatz kann die Klebschicht jedoch auch
durch ein sog. Kohäsivzonenmodell repräsentiert
werden, das die Klebschicht
durch einen vereinfachten Zusammenhang
zwischen der Relativbewegung der
Fügeteile und den Spannungen in der
Grenzfläche beschreibt. Ein Schwerpunkt
der Arbeiten am Kohäsivzonenansatz bestand
darin, eine geeignete Gruppe von
Experimenten zur möglichst direkten Bestimmung
der Modellparameter zu finden.
Ergebnisse zur KSII-Probe
Als erster Typ einer Klebverbindung für
eine Validierung der Modelle wurde die
sogenannte KSII-Probe verwendet. Die