Methodenentwicklung zur Ermittlung lokaler Klebschichtzustände innerhalb struktureller Klebverbindungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Gerson Meschut
• Fachliche Zuordnung: Fügetechnik und Trenntechnik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 521413543

Zur Berechnung und Auslegung geklebter Strukturen werden nach derzeitigem Stand der Technik die zu untersuchenden, geklebten Probekörper/Bauteile mittels Verfahren analysiert, deren Prinzip lediglich auf der Messung der Verformung an frei zugänglichen Oberflächen beruht. Dabei verhindern jedoch die äußeren hochauflösenden Dehnungsmessverfahren die Bestimmung und Betrachtung lokaler Zustände in der Klebschicht, was wiederum einem Kenntnisgewinn bezüglich grundliegender Phänomene entgegensteht. Ziel dieses Vorhabens ist daher einen Beitrag zur lokalen Bestimmung des inneren Klebschichtzustandes von strukturellen Klebverbindungen zu leisten, indem das Messsignal eines in die Klebschicht integrierten quasikontinuierlichen Glasfasersensors (FOS) systematisch und detailliert auf seine Ursachen untersucht und ein Ansatz zur Nutzbarmachung dessen aufgezeigt wird. Dafür wird eine Kombination von experimentellen und numerischen Ansätzen bereitgestellt, mit derer die Entwicklung einer Methodik erfolgt, mit der zukünftig Klebverbindungen unter unterschiedlichen Belastungen auf ihren inneren lokalen Zustand überprüft und bewertet werden können. Dafür wird der elementare Einfluss klebspezifischer Faktoren, wie Beanspruchungsart, Klebschichtgeometrie und Faserlage, auf das Messsignal des integrierten FOS untersucht und quantifiziert. Anhand der Untersuchungen werden die Ursachen-Wirkungs-Mechanismen des sich ergebenen Messsignals aufgedeckt, wodurch ein grundlegendes Verständnis über die messtechnische Bewertung geschaffen wird. Aus den Erkenntnissen und den aufgezeigten grundlagenorientierten Mechanismen werden Strategien zur messtechnisch gerechten Anordnung und Einbringung des faseroptischen Sensors abgeleitet sowie die Auswirkungen hinsichtlich der Verbundfestigkeit. Anhand des tiefgreifenden Erkenntnisgewinns erfolgt die Entwicklung der Methode mit derer der innere Klebschichtzustand mit hoher Sensitivität und örtlicher Auflösung unter gleichzeitiger Berücksichtigung fertigungs- und betriebsbedingter Einflüsse erfasst werden kann. Dies beinhaltet auch die Detektion von lokalen Klebverbindungsfehlern und deren Auswirkungen auf die Beanspruchbarkeit der Verbindung. Die entwickelte Methodik wird mittels technologischer und bauteilähnlicher Proben evaluiert und zielführende Praktiken zur gezielten Nutzbarmachung der Dehnungssignale des FOS zusammengeführt, sodass das von analytischen Auslegungsmethoden oder FE-Modellen formulierte Klebstoffverhalten nicht mehr nur an globalen Messdaten, sondern an in-situ gemessenen lokalen Klebschichtdaten angepasst und validiert werden kann. Weiterführend wird durch die lokalen inneren sowie äußeren ermittelten Beanspruchungen eine Einordnung bestehender Materialmodelle bzw. Auslegungsmethoden vorgenommen sowie kritische Dehnungswerte abgeleitet zur Berücksichtigung von Schädigungen der Klebschicht und zur Abschätzung von Tragfähigkeitseinbußen für eine verlässliche Vorhersage des mechanischen Klebstoffverhaltens.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen