Methodenentwicklung zur rechnerischen Auslegung geklebter Stahlverbindungen unter Alterungsbeanspruchung im Stahl- und Anlagenbau (PermaBond, P 1496)

  • Ansprechpartner:

    Yann Kasper, M.Sc.; Dr.-Ing. Matthias Albiez

  • Förderung:

    FOSTA, AiF

  • Partner:

    Universität Paderborn, Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik (LWF®)
    Universität Kassel, Institut für Mechanik (IfM)

  • Laufzeit:

    2021 - 2023

Kurzbeschreibung

Stahlklebungen sind meist komplexen medialen, thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt (sog. htm-Belastungen), die über lange Zeiträume auf die Stahlklebung einwirken und zur Alterung der Klebverbindung führen. Infolgedessen ändern sich deren mechanische Eigenschaften mit der Zeit. Insbesondere wird die Festigkeit über den langen Belastungszeitraum klebstoff- und expositionsabhängig degradiert, was schließlich das Versagen der Klebverbindung zur Folge haben kann. Obwohl das Alterungsphänomen allgemein bekannt ist, können das Langzeitverhalten und die chemisch-physikalische Alterungsbeständigkeit u. a. von semistrukturellen Polyurethan-(PU)-Stahlverbindungen heute nicht mit etablierten Methoden prognostiziert werden, sodass in vielen Situationen eine zwar komplizierte, aber dennoch nur grobe Abschätzung der Lebensdauer erfolgen kann.

Das Ziel des Forschungsprojekts ist die Entwicklung einer praxisgerechten, simulationsgestützten Auslegungsmethode zur Berechnung und Beurteilung des Langzeittragverhaltens dickschichtgeklebter Stahlverbindungen für den Stahl- und Anlagenbau. Dabei stehen die Einflüsse von Temperatur und Feuchtigkeit, in Kombination mit mechanischer Belastung auf das Alterungsverhalten und die Beständigkeit der Klebverbindung im Fokus der Untersuchungen.

Im Detail sollen die nachfolgenden Forschungsergebnisse erzielt werden:

  • Auswahl geeigneter semistruktureller Klebstoffe für die Ausführung von Dickschicht-klebungen mit Stahlfügeteilen
  • Bestimmung des Diffusionsverhaltens und der Werkstoffkennwerte der ausgewählten Klebstoffe bei Alterungsbeanspruchung
  • Experimentelle Bestimmung der Zeitstandfestigkeit geklebter Verbundproben aus Stahl unter kombinierter klimatischer (hygro-thermischer) und mechanischer Belastung
  • Entwicklung von Modellgleichungen zur Beschreibung der Wasserdiffusion und des zeitabhängigen mechanischen Klebstoffverhaltens sowie der Tragfähigkeit der Klebverbindung infolge von Alterungseinflüssen
  • Entwicklung vereinfachter Rechenmodelle zur Prognose des zeitabhängigen Tragverhaltens semistruktureller Klebverbindungen bei Alterung