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Die Finite-Elemente-Analyse und -Modellierung hilft bei der Vorhersage der Leistung, bei der Optimierung von Designs und bei der Ermittlung von Schwachstellen für eine effiziente und zuverlässige Klebung. Diese Methode unterstützt die Materialsuche bei gleichzeitiger Verringerung des Abfalls und Verbesserung der allgemeinen Produktqualität.
Die Finite-Elemente-Analyse (FEA) ist eine weit verbreitete Methode zur Lösung mathematischer und technischer Probleme und bietet wertvolle Einblicke in mechanische, thermodynamische sowie elektromechanische Herausforderungen und vieles mehr. Da es möglich ist, verschiedene Arten der Materialmodellierung in der Finite-Elemente-Analyse zu testen, wird der Bedarf an Prototypen reduziert.
Bei der viskoelastischen Finite-Elemente-Analyse wird ein lineares Kontinuum-Materialmodell verwendet, das eine Kombination aus elastischen und viskosen Eigenschaften aufweist. Diese Art der FEA-Modellanalyse ermöglicht die Berücksichtigung sowohl der Temperatur- als auch der Dehnratenabhängigkeit der mechanischen Reaktion. Sie wird speziell in Szenarien mit kleineren Dehnungsproblemen eingesetzt und bietet ein detailliertes Verständnis des Materialverhaltens unter Bedingungen, bei denen die Auswirkungen der Verformung begrenzt sind.
Bei der elastoplastischen Finite-Elemente-Analyse handelt es sich um ein Kontinuum-Materialmodell, das sowohl elastische als auch plastische Eigenschaften einbezieht und die Darstellung permanenter Verformung und nichtlinearen Verhaltens in Klebstoffen ermöglicht. Dieses Modell gibt die Reaktion unter verschiedenen Belastungsbedingungen wie Zug, Druck und Scherung genau wieder. Je nach Kalibrierung können auch die Dehnrate und Temperatureinwirkungen berücksichtigt werden. Druckempfindliche elastoplastische Modelle werden häufig für Polymere und Klebstoffe verwendet, um eine umfassende Simulation ihres Verhaltens in verschiedenen mechanischen Szenarien zu gewährleisten.
Die endliche Dehnung ist ein nichtlineares Kontinuum-Materialmodell, das parallele Netzwerke nichtlinearer Federn und Dämpfer verwendet, um die mechanische Reaktion von Klebstoffen zu simulieren. Das nichtlineare elastische Verhalten der Federn wird durch eine Dichtefunktion der Dehnungsenergie bestimmt, die häufig durch Hyperelastizität gekennzeichnet ist. Dieses Modell wird in der Regel zur Darstellung von Klebstoffen verwendet, die erheblichen Verformungen mit nichtlinearem viskosem Verhalten unterliegen. Es eignet sich für mechanische Reaktionen bei Zug, Druck und Scherung. Abhängig von den experimentellen Eingaben können Temperatur, Dehnrate, bleibende Verformung und Relaxationseffekte einbezogen werden, wodurch eine umfassende Darstellung des Verhaltens des Klebstoffs unter verschiedenen Bedingungen ermöglicht wird.
Ein FEA-Modell für zusammenhängende Zonen ist ein auf Bruchmechanik basierendes Materialmodell, das für die Simulation von Rissablösungen innerhalb einer Klebelinie entwickelt wurde. Dieses Modell berücksichtigt die Gesetze zur Trennung der Zugkräfte für Modus-I-, Modus-II- und Modus-III-Brüche, wobei das Verhalten gemischter Modi anhand experimenteller Daten kalibriert wurde. Die Anwendung ist besonders nützlich bei der Vorhersage von Kohäsionsbrüchen in Klebstoffbindungen.
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