Fachagentur Nachwachsende RohstoffeEin Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Holzbasierte Werkstoffe im Maschinenbau (HoMaba) - Berechnungskonzepte, Kennwertanforderungen, Kennwertermittlung; Teilvorhaben 1: Charakterisierung von Klebstoffen und Vollholz sowie Entwicklung von Berechnungs- und Simulationsansätzen für die Anwendung von Holz u. Holzverbünden im Maschinenbau - Akronym: HoMaba

Anschrift
Technische Universität München - Holzforschung München - Lehrstuhl für Holzwissenschaft
Winzererstr. 45
80797 München
Kontakt
Prof. Dr. Klaus Richter
Tel: +49 89 2180-6421
E-Mail schreiben
FKZ
22009417
Anfang
01.11.2018
Ende
30.04.2022
Ergebnisverwendung
Die TUM war an Zug, Druck und Biegungsversuchen beteiligt und hat damit zur Erarbeitung der umfangreichen Datenbasis an mechanischen Kennwerten von Massivholz und Schälfurnieren (insb. Birke) sowie verschiedenartigen Holzklebstoffen beigetragen. Die Untersuchungen zur Prüfmethodik von Reaktionsklebstoffen ergab umfangreiche Erkenntnisse zu individuellen Verfahrensweisen in Abhängigkeit der Klebstoffeigenschaften. Es gelang ferner, das Grauwertkorrelationsverfahren als Messmethode der Probekörperverformung in allen Versuchskonfigurationen zu etablieren, womit zusätzliche Kenngrößen wie Querkontraktionszahlen erfassbar wurden. Die Simulationsgruppe der TUM entwickelte die generischen Modelle zur Simulation verschiedener möglicher Testbedingungen und ihres Ausfallverhaltens. Nach Validierung der Modelle für Massivholzbauteile unter Zug, Druck und Biegung wurden die Modelle für die Modellierung von Sperrholz und Demonstratoren weiterentwickelt. Zur Simulation von Sperrholz wurden Materialeigenschaften von 1) Massivholz, 2) Massivholz/Furniere und reinen Klebstoffen und 3) Klebstoff imprägnierten Furnieren verwendet. Validierte Ergebnisse zeigten, dass die Genauigkeit numerischer Modelle bei der Vorhersage des mechanischen Verhaltens höher ist, wenn die gemessenen imprägnierten Furniereigenschaften für Simulationen verwendet werden. Diese Ergebnisse wurden dann zur Modellierung des nichtlinearen, anisotropen Verhaltens von zwei Gruppen von Demonstratoren verwendet. Die Ergebnisse wurden in Form von Spannungs-/Dehnungsverteilungen und Last-Verschiebungs-Kurven ausgegeben. Der erste Satz ermöglichte eine Abschätzung der Bruchstelle basierend auf der Entwicklung der maximalen Spannungen/Dehnungen an bestimmten Stellen wie Kerben und Löchern. Der zweite Satz half bei der Validierung des allgemeinen mechanischen Verhaltens des Elements.
Aufgabenbeschreibung
Auf Projektmanagementebene umfasst das Teilvorhaben der TUM die Koordination des gesamten Verbundvorhabens und die federführende Rolle in der Kompetenzgruppe Klebstoffe. Auf fachlicher Ebene ist die TUM vorrangig in die messtechnische Charakterisierung von Klebstoffen und Vollholz anhand von im Projektverbund abgestimmten Prüfmethoden eingebunden. Die Datenerhebung erfolgt in einheitlich abgestimmter Form mit dem Ziel ist der Erstellung von technischen Datenblättern und einer öffentlich zugänglichen Kennwert-Datenbank. Die TUM verantwortet im Projekt die Erarbeitung von Grundlagen für eine verzerrungsbasierte Simulation des mechanischen Verhaltens von Bauteilen und Werkstoffen aus Holz, Holzwerkstoffen und Holzverbunden für den Einsatz in Maschinenbauanwendungen. Das Berechnungskonzept auf Basis numerischer Methoden durch diskrete Modellierung und Simulation mittels Finite Elemente basiert auf vollständigen Kennwertsätzen auf Basis des orthotropen Materialmodells bei unterschiedlichen Lastfällen, Beanspruchungsarten und -richtungen. Dabei müssen verzerrungsbasierten Versagenshypothesen definiert und experimentell abgesichert werden. Es erlaubt eine detaillierte Spannungs-/Dehnungsanalyse und durch seine Anwendung eine Steigerung der Materialeffizienz, was beispielsweise in Leichtbauanwendungen besonders relevant ist. Für den Maschinenbau vielversprechende Holzklebstoffe werden mechanisch charakterisiert. Insbesondere aber für Vollholz müssen sichere Kennwerte ermittelt werden, die den Ansprüchen im Maschinenbau gerecht werden, zu einem effizienten Materialeinsatz führen und statistisch abgesichert experimentell erhoben und ausgewertet werden.

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