Untersuchungen zur Auslegung von schadenstoleranten Klebeverbindungen durch mechanische Riss-Stopper-Elemente

Abstract

Die Verbindung primärer Faserverbundstrukturen im Flugzeugbau durch Kleben ist zentraler Bestandteil einer Integralbauweise und bietet damit ein hohes Leichtbaupotential. Äußerlich nicht sichtbare Schwachstellen innerhalb der Klebeschicht können sich jedoch unter Betriebslast ausbreiten und zum Versagen der Verbindung führen. Klebeverbindungen können deshalb heutzutage nur in Kombination mit mechanischen Fügeelementen eingesetzt werden, welche die Rissausbreitung innerhalb der Klebschicht vollständig verhindern und damit die primäre Lastübertragungskomponente darstellen. Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Riss-Stopper-Konzepts für Klebeverbindungen. Mithilfe von Riss-Stopper-Elementen soll das Ermüdungsrisswachstum ausgehend von initialen Schäden derart begrenzt werden, dass die geforderte strukturelle Restfestigkeit gewährleistet wird. Es wird weiterhin ein Simulationsansatz entwickelt, welcher die Auslegung solcher schadenstoleranter Klebeverbindungen ermöglicht. Im Vergleich zu konventionellen Verbindungskonzepten stellen die Riss-Stopper-Elemente ausschließlich ein Sicherungssystem dar und die primäre Lastübertragung wird weiterhin von der Klebeverbindung übernommen. Die Ergebnisse zeigen, dass das Ermüdungsrisswachstum durch mechanische Riss-Stopper-Elemente signifikant reduziert werden kann und sie sich somit für den Einsatz in schadenstoleranten Klebeverbindungen eignen. Das Simulationsmodell bildet dabei den Einfluss der Riss-Stopper-Elemente mit hoher Genauigkeit ab und bietet sich damit zum Einsatz im Auslegungsprozess an.