Elastische Klebstoffe haben sich für nicht-strukturelle Verbindungen schon vielfach bewährt. Die Verwendung von elastischen Klebstoffen für strukturelle Klebungen hingegen befindet sich noch im Entwicklungsstadium, stellt aber hinsichtlich Spannungsverhalten, Ausgleichvermögen von Fertigungstoleranzen und Reparaturfreundlichkeit oft die bessere Lösung dar.
Behandelt wird die elastische Verklebung eines Decksaufbaus bestehend aus Stahlrahmen, Wabenkernplatten und Aluminium-Sitzschienen. Die Belastung wirkt in Richtung der Schiene auf die Sitzhalterungen und wird im Modell als kombinierte Zug-/Druckbeanspruchung punktförmig in die Sitzschienen eingeleitet. 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).
Aufgrund der Kräfteverteilung (Abbildung 2 und 3) genügt es nicht, in Viertelsymmetrie zu modellieren, stattdessen muss die Hälfte des Bauteils untersucht werden.
Die Verklebungen von Wabenplatte und Balkenstruktur sowie von Sitzschienen und Wabenplatte wurden mit Kontinuumselementen (20 Knoten) modelliert. Wabenplatte und Sitzschienen bestehen aus 8-Knoten-Schalenelementen. Die Struktur der Doppel-T-Träger wurde als Kombination von Schalen- und Balkenelementen nachgebildet, die durch MPC’s vom Typ BEAM aneinander gekoppelt wurden. Die Kopplung von Schalen- und Kontinuumselementen wurde mit benutzerdefinierten Zwangsbedingungen realisiert.
Der gummielastische Klebstoff wurde mit einem hyperelastischen Materialmodell beschrieben. Alle hierfür erforderlichen Modellparameter wurden aus statischen Zug- und Schubversuchen ermittelt. Für Wabenplatte, Sitzschienen und Rahmen wurden linear-elastische Materialgesetze angewendet.
Die aus der Belastung resultierenden Verformungen des Modells sind in Abbildung 4 vergrößert dargestellt. Die Abbildungen 5 und 6 zeigen die berechneten Vertikalverschiebungen der Knoten als Funktion der Längskoordinate bei verschiedenen Laststufen.
Die berechneten Steifigkeiten des Modells sind in Abbildung 7 dargestellt. Zusätzlich sind die an den Krafteinleitungspunkten gemessenen Kräfte als Funktion der Verformung eingetragen. Für die Meßorte 1 und 2 stimmen gemessene und berechnete Werte gut überein. Größere Abweichungen ergeben sich für den Meßort 3. Gründe hierfür sind die Vernachlässigung der Steifigkeit des Prüfstandes und die unzureichende Beschreibung der Verbindung von Wabenkern und Deckschicht.
Die Spannungsverteilung in der Wabenplatte ist in Abbildung 8 - 11 dargestellt. Deutlich sichtbar sind die Bereiche von Zug- und Druckbeanspruchung. Ebenfalls gut sichtbar ist die ausgleichende Wirkung der elastischen Klebschicht auf Spannungen. Bei konventionellen Schraub- oder Nietverbindungen wären ausgeprägte Spannungsspitzen im Bereich der Verbindung zu erkennen. Für 4 mm Klebschichtdicke erreicht die Spannung einen Maximalbetrag von etwa 90 MPa. Bei Erhöhung der Klebschichtdicke auf 8 mm reduziert sich der Maximalbetrag auf 80 MPa. Die Änderung des Spannungszustands der Wabenplatte bleibt auf die Dehnungsenergiedichte der Klebschicht zwischen Rahmen und Platte ohne nennenswerten Einfluß, da sich die Durchsenkung der Platte nur geringfügig (3%) ändert. Für die Klebschicht zwischen Schiene und Wabenplatte liegen die ermittelten Maximalwerte der Dehnungsenergiedichte bei 0,5 mJ/mm³ für 4 mm und 0,4 mJ/mm³ für 8 mm Klebschichtdicke.
