Kohäsivzonenmodelle (CZM) uvm. für die Automobilindustrie

Für die Simulation von Klebverbindungen benötigt man zum einen ein geeignet gewähltes Materialmodell, zum anderen experimentell ermittelte Modellparameter für den spezifischen Klebstoff. Anhand dessen ermittelt das Fraunhofer IFAM Materialkarten für Klebstoffe. Speziell im Bereich der Kohäsivzonenmodelle (CZM) in der Automobilindustrie verfügt das Institut über langjährige Erfahrung, kann Modelle und passende Experimente vorschlagen oder bei Bedarf weiterentwickeln.

Crashsicherheit für die Automobilindustrie durch Simulation von Klebungen

Die Berechnung bzw. Simulation von Klebverbindungen ist besonders in der Automobilindustrie von großer Bedeutung. Vor allem Kohäsivzonenmodelle (CZM) sind unverzichtbar für die Crashsimulation in diesem Bereich, seit sie Anfang der 2000er unter Mitwirkung unserer Expertinnen und Experten in der deutschen Automobilbranche etabliert wurden. Hier verfügt das Fraunhofer IFAM über weitreichende Expertise. Finite Elemente Software bietet Kohäsivzonenmodelle in Varianten mit unterschiedlicher Komplexität an, die sich z.B. hinsichtlich der Dehnratenabhängigkeit unterscheiden und einen unterschiedlichen Versuchsaufwand zur Materialkartenermittlung benötigen. Wir beraten Sie je nach individueller Anwendung bei der Auswahl der Modellvarianten und geeigneter Experimente.

Experimente zur Materialkartenermittlung

Zur Bestimmung von Modellparametern führt das Fraunhofer IFAM in seinem Prüflabor unterschiedlichste Experimente durch, so z.B.:

• Zugversuch für elastisches Verhalten
• Kopfzugversuch und Zugscherversuch mit dicken Fügeteilen, Ermittlung von Festigkeiten in Zug und Schub
• bruchmechanische Versuche zur Ermittlung der kritischen Energiefreisetzungsraten in Mode I und Mode II bzw. III
  • Mode I: TDCB (tapered double cantilever beam) für Strukturklebstoffe, DCB (double cantilever beam) mit Rotationsmessung für elastische Klebverbindungen
  • Mode II z.B. TENF (tapered end notched flexure)
• Versuchsdurchführung bei verschiedenen Geschwindigkeiten und Temperaturen

Möchte man die etablierten Kohäsivzonenmodelle auf neue Materialklassen anwenden, ist in der Regel eine Anpassung oder Weiterentwicklung der zur Materialkartenermittlung eingesetzten Experimente erforderlich. Ein Beispiel hierfür ist der am Fraunhofer IFAM entwickelte Versuch zur Ermittlung der kritischen Energiefreisetzungsrate in Mode III an flexiblen Polyurethanklebstoffen.

Validierung der Materialkarte

Abgerundet werden kann eine Materialkartenermittlung durch eine Validierung, um die Genauigkeit einer Simulation von Klebverbindungen mit der Materialkarte einzuschätzen. Hierzu führen wir einen Versuch an einer Klebverbindung oder einem geklebten Bauteil durch sowie zum Vergleich eine FE-Simulation des Experiments. Als Beispiel zeigt die nebenstehende Abbildung eine sogenannte T-Stoß-Probe, die als relativ komplexe Validierungsprobe mit drei stark beanspruchten Klebverbindungen sowohl in mehreren AiF-Projekten als auch in direkt für Klebstoff- oder Automobilhersteller durchgeführten Arbeiten verwendet wurde.

Wenn Sie selbst Know-How zur Simulation von Klebverbindungen aufbauen wollen, ist ein Projekt mit Materialkartenermittlung für einen konkreten Klebstoff und Validierung der ideale Weg für Sie – sprechen Sie uns gerne an!