Im Bereich Fassadenbau werden Silikone bereits seit den 1960er Jahren in geklebten lastabtragenden Verbindungen eingesetzt. Die im Vergleich zu anderen Strukturklebstoffen geringe Steifigkeit und Festigkeit werden durch die hervorragende Hafteigenschaften sowie die gute Alterungs- und Witterungsbeständigkeit ausgeglichen. Silikone zeigen ein stark nichtlineares Materialverhalten. Das anzuwendende Bemessungskonzept im Bauwesen schlägt vereinfachte Bemessungsformeln vor, die auf der Annahme eines linear elastischen Materialverhaltens beruhen. Aufgrund des aktuellen Wissensstands und zur Kompensation der vereinfachten Modellannahmen bei der Bemessung werden sehr hohe Abminderungsfaktoren auf der Materialfestigkeit sowie Einschränkungen hinsichtlich der Nutzung vorgeschrieben. Um diese Nachteile zu überwinden wird die Beanspruchung des Silikons zunehmend mit der Finite Elemente Methode ermittelt. Die Bewertung sowohl der komplexen Spannungszustände mittels eines geeigneten Versagenskriteriums als auch der Einfluss von Singularitäten auf das Versagensverhalten stellen hinsichtlich der Ergebnisse einer solchen Berechnung unausweichliche Fragestellungen dar.

Die vorliegende Arbeit behandelt diese beiden Fragen. In einem ersten Schritt wurde der Dehnungsbetrag als geeignetes Versagenskriterium für das defektfreie Grundmaterial des Zweikomponentensilikonklebstoffs Dow Corning® 993 unter quasi statischen Belastungen ermittelt. Das Versagenskriterium wurde anhand der Ergebnisse von uniaxialen Zug- sowie Kreisschubversuchen kalibriert und mit den Ergebnissen von Druckversuchen validiert. Der Dehnungsbetrag ist ein dehnungsbasiertes Versagenskriterium, welches als ein Maß für die Verzerrung der Molekülketten gesehen werden kann.

In einem zweiten Schritt wurde die Spannungsverteilung in der einschnittig überlappten schubbeanspruchten Klebeverbindung detailliert untersucht. Zur Bewertung der singulären Spannungen und Dehnungen im Eckbereich der Grenzschicht zwischen Fügeteil und Klebstoff, der sogenannten Bimaterialkerbe, wurde das gekoppelte Spannungs- und Energiekriterium, eine Methode der Finiten Bruchmechanik, auf nichtlinear elastisches Materialverhalten erweitert. Auf der Grundlage der Ergebnisse von durchgeführten Schubversuchen an kleinen Bauteilproben mit unterschiedlichen Klebschichtdicken und Überlappungslängen wurde die Rissinitiierungslast mithilfe des gekoppelten Kriteriums ermittelt und eine gute Übereinstimmung mit den experimentellen Daten erzielt. Mit Kenntnis der Festigkeit und der kritischen Energiefreisetzungsrate des Materials werden im Rahmen des gekoppelten Kriteriums auf Grundlage von Finite Elemente Berechnungen in einem Optimierungsproblem sowohl die Rissinitiierungslast als auch die entsprechende Risslänge ermittelt. Das Spannungsteilkriterium wurde dabei auf ein dehnungsbasiertes Kriterium, den Dehnungsbetrag, umformuliert. Zur Anwendung des Energiekriteriums wurden Double Cantilever Beam Versuche am Dow Corning® 993 durchgeführt und die kritische Energiefreisetzungsrate mit der J-Integral Methode ausgewertet. Darüber hinaus wurden Methoden der Theorie der kritischen Distanzen zur Ermittlung der Rissinitiierungslast bei den Kleinteilversuchen herangezogen. Anders als bei den gekerbten kreisförmigen Schubproben und den Zugproben an geklebten Verbindungen konnte eine gute Übereinstimmung mit den experimentellen Ergebnissen bei den Schubversuchen festgestellt werden, wenn in der Finite Elemente Simulation eine konstante Elementgröße und Formulierung gewählt wurden. Ähnliche Ergebnisse wurden mit der Punktmethode und dem Ansatz eines Kontrollvolumens erzielt. Die Untersuchungen zeigen, dass der charakteristische Längenparameter keine Materialkonstante ist.