Bei der Einklebung von Sichtscheiben in Strukturen haben sich elastische Verklebungen mit feuchtigkeitsaushärtenden Klebstoffen auf Polyurethanbasis bewährt. Mit Hilfe der Klebschichtdicke läßt sich das Belastungsniveau in der Klebschicht und das Verformungsverhalten der Scheibe weitgehend einstellen.
Behandelt wird die elastische Verklebung einer Sichtscheibe mit einer Aluminiumstruktur. Die Belastung wirkt als Außendruck mit 0,2 bar auf die Scheibe und die umgebende Struktur. Der Einfluß der Klebschichtdicke auf das Bauteilverhalten ist zu untersuchen. Die Bauteilgeometrie liegt als CAD-Modell vor, welches mit Hilfe des CAD-Programmes Pro/Engineer erzeugt wurde (Abbildung 1).
Aus Symmetriegründen genügt es, ein Viertel des Bauteils zu modellieren.
Das Modell wurde als Kombination von Struktur- und Kontinuumselementen erstellt (Abbildung 2). Die Scheibe und die Aluminiumstruktur wurden mit 8-Knoten-Schalenelementen, die versteifenden Stringer mit 3-Knoten-Balkenelementen modelliert. Die Klebschicht - in Abbildung 1 schwarz dargestellt - wurde mit Kontinuumselementen (20 Knoten) erzeugt. Zur Kopplung der Schalen und Balken wurden kinematische Standardzwangsbedingungen des FE-Programmes ABAQUS verwendet. Die Kopplung der Schalen- und Kontinuumselemente wurde mit benutzerdefinierten Zwangsbedingungen realisiert.
Der elastomere Klebstoff wurde mit einem hyperelastischen Materialmodell beschrieben. Alle hierfür erforderlichen Modellparameter wurden aus statischen Zug- und Schubversuchen ermittelt. Für die Scheibe und die Aluminiumstruktur wurden linear-elastische Materialgesetze benutzt.
Die aus der Belastung resultierenden Verformungen des Modells sind in Abbildung 3 und 4 vergrößert dargestellt. Um die berechnete Steifigkeit des Modells mit experimentellen Daten stützen zu können, wurden am realen Bauteil Wegsensoren und Dehnungsmeßstreifen angebracht und die Verformungen gemessen. Die Position der Wegsensoren ist in Abbildung 3 mit Pfeilen markiert.
Die berechnete Verformung ist zusammen mit den gemessenen Werten in Abbildung 5 als Funktion des Druckes dargestellt. Der Vergleich zeigt, daß gemessene und berechnete Werte gut übereinstimmen und die Beanspruchung der Klebschicht mit ausreichender Genauigkeit wiedergegeben wird.
Die Spannungsverteilung am Übergang zwischen Scheibe und Klebstoff ist in Abbildung 6 bis 9 dargestellt. Für eine Klebschichtdicke von 4 mm erreicht die Spannung einen Maximalwert von 12 MPa. Bei einer 6 mm dicken Klebschicht liegt der Maximalwert mit 10 MPa deutlich niedriger. In y-Richtung werden höhere Spannungswerte erreicht, da die Konstruktion um die y-Achse eine höhere Biegesteifigkeit als um die x-Achse aufweist.
Die Abbildungen 10 und 11 zeigen die Verteilung der Dehnungsenergiedichte als Anhaltspunkt für die Beanspruchung in der Klebschicht. Der Maximalwert von 0,5 mJ/mm³ für die 4 mm dicke Schicht liegt weit unter dem im Zugversuch bestimmten Wert von etwa 7 mJ/mm³ für die Reißdehnung. Gut zu erkennen sind Bereiche hoher Energiedichte.
