Bewertung geeigneter Simulationsmethoden für Klebstoffe unterschiedlicher Klebstoffklassen unter schlagdynamischer Beanspruchung (Crashanwendung)

Im Automobilbau kommen unterschiedliche Klebstoffklassen zum Einsatz. Epoxidharz-basierte Strukturklebstoffe zeichnen sich durch hohe Steifigkeits- und Festigkeitskennwerte aus, können aber bei Verklebungen unterschiedlicher Werkstoffe, sogenannter Hybridfügungen, eine ausreichende Lastverteilung nicht immer gewährleisten. Dagegen sind Polyurethanbasierte Montageklebstoffe sehr elastisch, ihre Steifigkeits- und Festigkeitskennwerte liegen aber deutlich unter denen von Strukturklebstoffen. Damit können z.B. Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten belastungsgerecht gefügt werden. Für die Gewährleistung der Crashsicherheit von Komponenten im Automobilbau sind prognosefähige numerische Materialmodelle wichtige Berechnungsgrundlage.
Ziel der Masterarbeit ist es, Simulationsmethoden für die Klebstoffklassen der Strukturklebstoffe und der Montageklebstoffe zu untersuchen und zu bewerten. Zu Beginn der Arbeit soll ein Grundverständnis der Eigenschaften der relevanten Klebwerkstoffe erlangt werden. Durch Literaturrecherche sind Kennwerte von Epoxidharz-basierten und Polyurethan-basierten Klebstoffen zusammenzustellen. Es gilt, die charakteristischen Unterschiede der beiden Klebstoffklassen herauszuarbeiten. Für jede Klasse ist ein repräsentativer Klebwerkstoff auszuwählen. Anhand dieser Beispiele sind numerische und experimentelle Untersuchungen durchzuführen. Für die Simulationsaufgaben ist eine Einarbeitung in gängige Modellierungstechniken mit dem expliziten FE-Code LS-DYNA notwendig. Zu Beginn der numerischen Untersuchungen an Material- und Fügeproben sind Modelle von Standardversuchen zur Materialcharakterisierung (nach Norm) zu simulieren. Dabei kann auf vorhandene Modelle zurückgegriffen werden, denn für Strukturklebstoffe wurden bereits einige Modelle erstellt und bewertet, wie z.B. Substanz-Zugprobe und Scherzugprobe. Analog sind für die Montageklebstoffe geeignete Charakterisierungsversuche auszuwählen und zu simulieren. Zielführende Simulationsmethoden sollen dabei identifiziert werden. Die ausgewählten Simulationsmethoden sind abschließend für beide Klebstoffklassen gegenüberzustellen und anhand geeigneter experimenteller Tests zu validieren.
Arbeitsschritte:
Einarbeitung in die Thematik, Zusammenstellung von Kennwerten von Struktur- und Montageklebstoffen, Herausarbeitung charakteristischer Unterschiede (Last-Verformungsverhalten, Temperaturverhalten, Dehnratenabhängigkeit)
Auswahl repräsentativer Vertreter der beiden o.g. Klebstoffklassen
Einarbeitung in verschiedene Modellierungstechniken (expliziter FE-Code: LS-DYNA), die für die verwendeten Werkstoffe und Probekörper zielführend sein können
Simulation von Standardversuchen zur Materialcharakterisierung für beide Klebstoffklassen
Identifikation geeigneter Modellierungsansätze für Montageklebstoffe auf Polyurethan-Basis
Validierung d. Simulationsmethoden für beide Klebstoffklassen durch geeignete experimentelle Tests
Dokumentation und Präsentation der Vorgehensweise und der Ergebnisse

Weitere Informationen

Unternehmen

Thesius Inspiration

Abschlussart

Bachelorarbeit

Branche

Maschinenbau und Betriebstechnik

Schlagwörter

Leichtbau Simulationsmethoden Dehnratenabhängigkeit Temperaturverhalten Last-Verformungsverhalten LS-DYNA FE-Code Montageklebstoff Polyurethan Strukturklebstoffe Epoxidharz Klebstoff

Anforderungen

- Studium Maschinenbau, Fahrzeugtechnik, Luft- und Raumfahrttechnik
- Interesse an Werkstoffkunde, Strukturmechanik und Leichtbau
- Erfahrungen mit FEM-Software (z.B. LS-DYNA, Abaqus, etc.) und Interesse an numerischer Simulation wünschenswert

Zusatzinformationen

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