Klebverbindungen spielen in modernen Konstruktionen eine zunehmend wichtige Rolle – von der Luft- und Raumfahrt über den Fahrzeugbau bis hin zu Windenergieanlagen und dem allgemeinen Maschinenbau. Im Gegensatz zu formschlüssigen Verbindungen wie Schrauben oder Nieten übertragen Klebeverbindungen Lasten flächig, reduzieren Kerbwirkungen und ermöglichen die Verbindung unterschiedlichster Werkstoffe. Umso wichtiger ist eine zuverlässige rechnerische Bewertung – insbesondere mit der Finite-Elemente-Methode (FEM).

FEM-Modellierung von Klebverbindungen

Ähnlich wie bei Schraubverbindungen können auch bei FEM-Modellen Klebverbindungen präzise berücksichtigt werden. Wir verwenden eine Modellierungstechnik, die nicht nur die globale Lastübertragung korrekt abbildet, sondern auch eine hinreichend detaillierte Bewertung der Spannungen innerhalb der Klebeschicht selbst ermöglicht. Damit lassen sich kritische Bereiche wie Klebeschichtränder, Überlappungszonen und Schälspannungspeaks zuverlässig identifizieren und bewerten.

Warum ist die korrekte FEM-Modellierung von Klebschichten entscheidend?

Die Klebeschicht ist trotz ihrer oft geringen Dicke das mechanisch maßgebende Element der Verbindung. Eine vereinfachte oder vernachlässigte Modellierung führt häufig zu:

• Unterschätzung von Schälspannungen an den Rändern der Überlappung – einer der häufigsten Versagensmechanismen bei Klebverbindungen
• Fehlerhafter Steifigkeitsabbildung des Gesamtsystems, besonders bei Mischbauweisen aus Metall und Faserverbundwerkstoffen
• Unzureichender Bewertung von Ermüdungsbelastungen, die bei zyklischer Beanspruchung zum schleichenden Versagen der Grenzfläche führen können
• Übersehen von Eigenspannungen aus dem Aushärteprozess, die die effektive Tragfähigkeit erheblich beeinflussen

Unsere Modellierungsstrategie im Detail

Je nach Anforderung und verfügbarer Rechenkapazität setzen wir unterschiedliche, aufeinander abgestimmte Modellierungsansätze ein:

• Volumenelemente für die Klebeschicht – ermöglichen eine direkte, dreidimensionale Spannungsauswertung innerhalb des Klebstoffs, insbesondere für Normal- und Schubspannungskomponenten
• Cohesive-Zone-Modelle (CZM) – bilden das progressive Versagen der Grenzfläche ab und eignen sich für Bruchmechanik- und Delaminationsanalysen
• Tie-Constraints und Surface-to-Surface-Kontakte – für effiziente Modellierung in Systemsimulationen mit vielen Fügepartnern
• Werkstoffmodelle für Klebstoffe – von linear-elastisch über viskoelastisch bis hin zu elastoplastisch, angepasst an den jeweiligen Klebstofftyp (Epoxidharz, Polyurethan, Acrylat etc.)

Bewertungskriterien und Versagensnachweise

Auf Basis der FEM-Ergebnisse führen wir eine strukturmechanische Bewertung nach anerkannten Regelwerken und internen Methoden durch:

• Spannungsbasierte Nachweise für Schub-, Schäl- und Normalspannungen in der Klebschicht
• Vergleich mit Klebstoff-Kennwerten aus Datenblättern oder eigenen Prüfungen (z. B. Zugscherprüfung nach DIN EN 1465)
• Sicherheitsnachweise gegen kohäsives und adhäsives Versagen
• Berücksichtigung von Temperatureinflüssen auf die Klebstoffeigenschaften (Glasübergangstemperatur, Wärmedehnung)

Typische Anwendungsbereiche

Unsere FEM-basierte Klebverbindungsanalyse kommt in vielen Branchen und Bauteilen zum Einsatz:

• Strukturelle Klebungen im Leichtbau – Aluminium-CFK-Mischverbindungen, Sandwichstrukturen
• Windenergieanlagen – Rotorblattverklebungen und Flanschverbindungen
• Fahrzeugbau – Karosserieversteifungen, Scheibenverklebungen, Batteriegehäuse
• Maschinen- und Apparatebau – Lager- und Dichtklebungen unter mechanischer und thermischer Last
• Elektronik und Medizintechnik – miniaturisierte Klebeverbindungen mit hohen Zuverlässigkeitsanforderungen

Jetzt Klebverbindung simulieren lassen

Sie möchten die Tragfähigkeit einer Klebverbindung rechnerisch absichern oder ein bestehendes FEM-Modell um eine realistische Klebschichtmodellierung erweitern? Kontaktieren Sie uns.

Code_Aster ist einer der leistungsfähigsten und zugleich anspruchsvollsten Open-Source-Finite-Elemente-Codes weltweit – entwickelt und kontinuierlich gepflegt vom französischen Energiekonzern EDF. Mit einem Funktionsumfang, der viele kommerzielle FEM-Programme übertrifft, eignet sich Code_Aster besonders für komplexe strukturmechanische, thermische und gekoppelte Analysen im industriellen und wissenschaftlichen Umfeld.

Wir verfügen über mehr als 10 Jahre praktische Erfahrung im professionellen Einsatz von Code_Aster und setzen diesen FEM-Code für ein breites Spektrum anspruchsvoller Berechnungsaufgaben ein – von der einfachen statischen Analyse bis hin zu hochkomplexen transienten Simulationen mit nichtlinearem Materialverhalten und Kontakt.

Unsere Leistungen mit Code_Aster im Überblick

Statische und transiente Strukturanalysen

Ob Betriebslast, Impakt oder zeitveränderliche Einwirkung – wir berechnen das mechanische Verhalten von Bauteilen und Strukturen unter realistischen Lastbedingungen. Dabei nutzen wir die volle Elementvielfalt von Code_Aster:

• Volumenelemente – für massive Bauteile, Schweißnähte und komplexe 3D-Geometrien mit detaillierter Spannungsauswertung
• Schalenelemente – für dünnwandige Strukturen wie Bleche, Behälter, Rohrleitungen und Gehäuse mit hoher Recheneffizienz
• Stab- und Balkenelemente – für Rahmentragwerke, Stahlkonstruktionen und Systemmodelle mit vielen Freiheitsgraden

Kontaktprobleme und nichtlineare Analysen

Kontaktprobleme gehören zu den numerisch anspruchsvollsten Aufgaben in der FEM. Code_Aster bietet hierfür robuste Algorithmen, die wir gezielt für Fragestellungen wie Presspassungen, Fügeverbindungen, Dichtflächen oder das Abheben von Bauteilen unter Betriebslast einsetzen. Auch geometrische und physikalische Nichtlinearitäten – etwa große Verformungen oder elastoplastisches Materialverhalten – werden korrekt abgebildet.

Schraubverbindungen

Die realistische Modellierung von Schraubenverbindungen in FEM-Modellen erfordert sowohl methodisches Know-how als auch Erfahrung mit den Eigenheiten des jeweiligen Solvers. Wir bilden Vorspannkräfte und das elastische Verhalten von Schraubenverbindungen nach bewährten Methoden ab – für belastbare Nachweise nach gängigen Regelwerken wie VDI 2230.

Eigenfrequenzanalysen und Modalanalyse

Die Kenntnis der Eigenfrequenzen und Schwingungsformen einer Struktur ist Voraussetzung für die Bewertung von Resonanzrisiken und die Auslegung schwingungsarmer Konstruktionen. Mit Code_Aster führen wir Modalanalysen durch und kombinieren diese bei Bedarf mit harmonischer oder transienter Schwingungsantwortberechnung – z. B. für rotierende Maschinen, Rohrleitungssysteme oder seismisch beanspruchte Anlagen.

Warum Code_Aster – und warum mit uns?

• Kein Lizenzkosten-Overhead – Code_Aster ist Open Source unter GPL-Lizenz und ermöglicht kosteneffiziente Berechnungen auch bei hohem Rechenvolumen oder parallelen Projekten
• Hohe Solver-Qualität – der Code wird seit über 30 Jahren von EDF für sicherheitskritische Anwendungen in der Kerntechnik und Energieversorgung eingesetzt und validiert
• Reproduzierbare, dokumentierte Ergebnisse – alle Simulationen werden nachvollziehbar aufgebaut und mit ingenieurmäßiger Bewertung der Ergebnisse abgeschlossen

Typische Branchen und Anwendungsfelder

Unsere Code_Aster-Projekte erstrecken sich über zahlreiche Industrie- und Ingenieurbereiche:

• Maschinen- und Anlagenbau – Festigkeitsnachweise für Druckbehälter, Flansche, Schweißkonstruktionen
• Energie- und Verfahrenstechnik – Rohrleitungsanalysen, Wärmetauscher, Behälterauslegung
• Fahrzeug- und Schienenfahrzeugtechnik – Crashrelevante Strukturen, Betriebsfestigkeitsnachweise
• Luft- und Raumfahrt – Leichtbaustrukturen mit Faserverbundwerkstoffen und Klebverbindungen
• Bauwesen und Infrastruktur – Seismische Analyse, Stahlbau, Fundamentnachweise

FEM-Berechnung mit Code_Aster anfragen

Sie suchen einen erfahrenen Partner für strukturmechanische Berechnungen mit Code_Aster? Nehmen Sie Kontakt mit uns auf – wir besprechen Ihre Aufgabenstellung und erarbeiten gemeinsam eine effiziente und belastbare Simulationsstrategie.