Zur Simulation von Sicherheitsglas unter stoßartiger Belastung Teil I: FE-Modelle für Einscheiben- und Verbundsicherheitsglas

Während im Automobilbau Sicherheitsgläser schon seit langen Jahren ein unverzichtbares Element des Insassenschutzes sind, gewinnt auch im konstruktiven Ingenieurbau mit zunehmendem Einsatz von Gläsern als Baustoff der Sicherheitsaspekt immer mehr an Bedeutung. Thermisch vorgespannte Gläser oder Einscheibensicherheitsgläser (ESG) ermöglichen die Aufnahme hoher Lasten und finden beispielsweise in tragenden Glaskonstruktionen vielfältige Anwendung. Einscheibensicherheitsglas zerfällt im Versagensfall in kleine stumpfkantige Krümel, sodass die Verletzungsgefahr in hohem Maße reduziert wird. Als Seiten- und Heckscheiben in Kraftfahrzeugen eingesetzt, erleichtern sie bei einem Unfall die Rettung von Fahrzeuginsassen. Bei begehbaren oder absturzsichernden Verglasungen wird aufgrund der relativ hohen Resttragfähigkeit bevorzugt Verbundsicherheitsglas (VSG) eingesetzt. In der Fahrzeugindustrie ist im Hinblick auf die splitterbindende Wirkung, durch die zwischen den Scheiben befindliche Folie, der Einsatz von Verbundsicherheitsglas als Windschutzscheibe vorgeschrieben. Die Überprüfung der Tragfähigkeit von Sicherheitsglas erfolgte lange Zeit durch kostenintensive Versuche, da sich Berechnungsansätze – insbesondere wenn eine Berechnung bis in den Versagensbereich erforderlich war – noch in der Entwicklung befanden. Die Untersuchung des Tragverhaltens unter Stoßbelastungen, wie zum Beispiel durch Anprall, spielt dabei sowohl im Bauwesen (Absturzsicherungen) als auch im Automobilbau (Dachlastfall, Überschlag) eine immer wesentlichere Rolle. Versuchstechnisch kommen heute meist Pendelschlagversuche und Impakttests zum Einsatz, um die Tragwirkung von konstruktiven Gläsern ingenieurmäßig zu erfassen. Der Vorliegende Beitrag soll die Möglichkeiten aufzeigen, wie mit der Finiten Element-Methode solch komplexe dynamische und hochgradig nichtlineare Vorgänge zu simulieren sind. Hierfür werden sowohl für ESG als auch für VSG geeignete FE-Modelle vorgestellt und diskutiert.