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Lebensdaueranalyse für Klebverbindungen in großen FKV-Strukturen mit variierenden Klebschichtdicken

Das Ermüdungsverhalten geklebter Faser-Kunststoff-Verbund (FKV)-Großstrukturen, wie sie beispielsweise im Windenergieanlagen- und Schiffbau vorkommen, wird maßgeblich durch das Rissverhalten in der Klebschicht bestimmt. Gerade in diesen Branchen treffen jedoch große Fertigungstoleranzen auf hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit bei Betriebsbelastung. Fertigungsbedingte Imperfektionen, wie Klebschichtdickenschwan-kungen und undefinierte Randgeometrien, haben einen wesentlichen Einfluss auf die Rissentstehung und -ausbreitung, welcher bisher bei der Auslegung nicht berücksichtigt wird. Ziel des Vorhabens war es daher, den Einfluss verschiedener fertigungsbedingter Geometrieabweichungen der Klebschicht auf die Lebensdauer von FKV-Großstrukturen zu analysieren und mathematisch zu beschreiben.

Dazu wurden zunächst die in der Praxis auftretenden Klebschichtdickenschwankungen und Randgeometrien untersucht und klassifiziert, woraus Versuchs- und Simulationspläne abgeleitet wurden. Die dominierenden Versagensformen – normal- und schälspannung-sinduziertes Versagen – wurden in realen und virtuellen Versuchen auf verschiedenen Skalen (Substruktur, Coupon und Submodell) abgebildet. Durch die effiziente Kombination von Realversuchen mit numerischen, parametrischen Submodellberechnungen konnte erstmals ein großer, großstrukturtypischer Parameterraum untersucht werden. Anhand der Ergebnisse konnten verlässliche Erkenntnisse zum Einfluss der Imperfektionen erarbeitet und der Industrie bereitgestellt werden. Darüber hinaus wurden im Rahmen der Ergebnisaufbereitung praxisgerechte Untersuchungsmethoden und Auslegungsrichtlinien abgeleitet.