Zuverlässige Modellierung und Charakterisierung von Verbindungen

Fügeverbindungen

Wir charakterisieren Fügeverbindungen bezüglich ihrer mechanischen Eigenschaften und bewerten sie im Hinblick auf ihr Verformungs- und Versagensverhalten. Dabei ist die Ersatzmodellierung von Fügeverbindungen für die Crashsimulation ein spezieller Schwerpunkt, da nur so die Vielzahl von unterschiedlichen Fügeverbindungen in ganzen Fahrzeugstrukturen, wo sie zu Tausenden auftreten, rechnerisch analysiert und deren Tragfähigkeit vorhergesagt werden kann. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Vorhersage von Eigenspannungen und Verzügen beim thermischen Fügen mithilfe der rechnerischen Schweißsimulation. Mit Simulationen der Fügeprozesse wie z.B. des Stanznietprozesses ermitteln wir die Prozesseinflüsse auf die Eigenschaften der Verbindung.

Leistungen

Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften von Fügeverbindungen und gefügter Bauteile

Verformungs- und Versagensmodellierung von Fügeverbindungen

Untersuchung von Schädigungs- und Bruchmechanismen

Methodenentwicklung zur Ersatzmodellierung von Fügeverbindungen für die Crashsimulation

Charakterisierung und Modellierung des Versagens von Fügeverbindungen (Punktschweiß-, Laserstrahlschweiß-, Stanzniet- und Klebverbindungen) unter Crashbelastung

Bewertung und Optimierung von Prozesseinflüssen mit Fügeprozesssimulationen wie z.B. Stanznieten, Schweißen

Berechnung von Eigenspannungen und Verzug nach dem Schweißen mithilfe der numerischen Schweißsimulation

Themen

 

Ersatzmodellierung für die Crashsimulation


Die Voraussetzungen für eine zuverlässige und realisierbare Beschreibung des Versagens von gefügten Verbindungen in Crashsimulationen sind die Bereitstellung von speziellen Elementen, sogenannten Ersatzmodellen und die Ermittlung ihrer Eingangsdaten. Für Punktschweißverbindungen wurden am Fraunhofer IWM ein einfaches, effizientes Ersatzmodell und ein Verfahren zur Bestimmung der Versagensparameter...

 

Modellierung von Verformung und Versagen von Schweißpunkten in Presshartstahl


Die Entwicklung neuer hochfester Stähle für den Einsatz im Automobilbau schafft Leichtbaupotentiale, die dünne Wandstärken und geringes Gewicht mit hoher Festigkeit, Steifigkeit und passiver Sicherheit verbinden. Beim Schweißen pressgehärteter, borlegierter Stähle aus 22MnB5 bilden sich sogenannte Erweichungszonen, die gegenüber dem umgebenden Material deutlich reduzierte Festigkeiten aufweisen...

 

Erweitertes Ersatzmodell für Stanznietverbindungen


Die mechanische Fügetechnik bietet den Vorteil auch Mischverbindungen aus artverschiedenen Werkstoffen prozesssicher realisieren zu können, ohne dass die positiven Werkstoffeigenschaften durch thermische Beeinflussung herabgesetzt werden. Folglich wird im Automobilbau zur Realisierung des Multi-Material-Mixes eine Vielzahl mechanischer Verbindungstechniken wie das Halbhohlstanznieten und das...

 

Modellierung von Klebeverbindungen


Klebeverbindungen haben im Leichtbau gegenüber mechanischen Verbindungselementen Vorteile, u. A. durch Vermeidung lokaler Belastungskonzentrationen. Zur sicheren Bauteilauslegung muss das Trag- und Versagensverhalten der Klebeverbindung bekannt sein. Die für diesen Zweck einsetzbare Simulationsmethodik mit Kohäsivzonen-Ersatzmodellen muss möglichst genau, aber auch effizient sein. Hierzu erfolgt am Fraunhofer IWM eine experimentelle Charakterisierung der Klebung unter Berücksichtigung aller nötigen Einflussfaktoren, wie z.B. Belastungsrate, Temperatur, Feuchtigkeit, und anschließende Modellierung. Lokale Effekte können zusätzlich durch detaillierte, kontinuumsmechanische Modellierung des Deformations- und Schädigungsverhaltens untersucht und dann in die effiziente Ersatzmodellierung integriert werden. 

 

Eigenspannungs- und Verzugsberechnung beim Schweißen


Aufgrund der inhomogenen Erwärmung beim Schweißen entstehen Eigenspannungen und Bauteilverzüge. Diese beeinträchtigen die Qualität und Funktionalität des Bauteiles und können darüber hinaus Schädigungen wie Risse hervorrufen und/oder die Lebensdauer beeinträchtigen. Die Eigenspannungen und der Verzug bedingen sich gegenseitig, wobei ihre Entstehung von...

 

Abschätzung der Tragfähigkeit eines punktgeschweißten Blechs mit Erweichungszone 


Das Punktschweißverfahren ist nach wie vor das verbreitetste Fügeverfahren im Karosseriebau. Dabei werden vermehrt hochfeste Stähle eingesetzt und verschweißt. Jedoch weisen hochfeste Stähle wie 22MnB5 und HCT980C durch die Wärmebehandlung während des Schweißprozesses eine Erweichungszone um den Schweißpunkt auf.

 

Publikationen zum Thema Fügeverbindungen


Beiträge in Zeitschriften, Büchern und auf Konferenzen sowie Dissertationen und Projektberichte...

© Foto Fraunhofer IWM

Prozessbegleitendes dynamisches Spannen zur Verzugs- und Eigenspannungsreduzierung beim Schweißen von Bauteilen

Ein Ergebnis des DVS-AiF Projekt „Dynamisches Spannen“  ist, dass durch dynamische, d.h. sich während des Schweißprozesses und der Abkühlung ändernde Einspannbedingungen eine Verzugsminimierung bei gleichzeitiger Reduktion der Eigenspannungen erreicht werden konnte. Auf diese Art und Weise ließ sich das gegenseitige Bedingen von Verzug und Eigenspannungen erstmalig aufheben.

Danksagung

Das IGF-Vorhaben Nr. 16.857 N der Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren e.V. (DVS) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
 

Projektstatus:

Abgeschlossen

Laufzeit:

06/2012-02/2015

Partner:

Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften iwb der TU München

Förderer:

AiF / DVS

Abschlussbericht:

Abschlussbericht Dynamisches Spannen (PDF)