Beschreibung
P 1094 – Daten- und prognosebasierte Generierung von Modellparametern für die Crashsimulation mechanisch gefügter Verbindungen
Durch die immer stärker fokussierte Umsetzung von innovativen Leichtbaukonzepten findet ein vermehrter Einsatz von mechanischen Fügeverfahren (Halbhohlstanznieten, Vollstanznieten, fließlochfor-mendes Schrauben, Schließringbolzen- und Hochgeschwindigkeitsbolzensetzen) in Multi-Material-Konstruktionen statt. Diese Materialkombinationen undmechanischen Fügeverfahren können dabei hoch belastetet werden (Crash-Lastfall). Für die Crashsimulation von neuartigen mechanisch gefügten Verbindungen fehlen bislang jedoch vollständige Modelle zur Prognose des Tragverhaltens im Lastfall Crash. Weiterhin ist für die Ersatzmodellierung von Fügeverbindungen ganzer Fahrzeugstrukturen eine hohe Anzahl an praktischen Experimenten und Messungen zur Modellparameteridentifikation und Kalibrierung der Ersatzmodelle notwendig. Dies ist aufgrund der vielfältigen Fügepaarungen in einer Fahrzeugstruktur unrealistisch, außerdem wäre es zeit- und kostenintensiv.
Ziel des Forschungsvorhabens war zum einen die Entwicklung einer Prognosefunktionalität zur Ermittlung von Kennwerten für unbekannte Verbindungen für alle aktuell eingesetzten mechanischen Fügeverfahren, die zusammen mit experimentell ermittelten Daten als Datengrundlage für ein FE-Ersatzmodell zur Crashsimulation von mechanisch gefügten Verbindungen dienen. Zum anderen wurde das vorliegende FE-Ersatzmodell für die Crashsimulation auf weitere mechanische Fügeverfahren angepasst. Weiterhin wurde eine Vorgehensweise entwickelt, um aus den prognostizierten und aus den gemessenen Daten eine automatisierte Kalibrierung der Inputparameter für ein FE-Ersatzmodell zur Crashsimulation bereitzustellen. Die Validierung der Prognoseresultate und der FE-Ersatzmodelle zur Crashsimulation erfolgte durch Versuche und Simulationen auf Proben- und Musterbauteilebene.
Durch die Schaffung einer Datenbasis und der darauf aufbauenden Möglichkeit zur Prognose von Kennwerten noch nicht real gemessener mechanisch gefügten Verbindungen sowie einer FE-Ersatzmodellierung für die Crashsimulation für die o.g. mechanisch gefügten Verbindungen kann bereits in der Auslegungsphase Verbindungsversagen in der Crashsimulation abgebildet und dessen Auswirkung bewertet werden. Somit sind Anwender, Konstrukteure und Berechnungsingenieure in der Lage, Bauteile zu optimieren sowie deren Leistungsfähigkeit zu erhöhen. Mit einer Prognose und automatisierten Generierung von Modellparametern zur Bedatung eines FE-Ersatzmodelles kann dies zeit- und kostensparend durchgeführt werden, ohne zuerst langwierige und teure Versuchs- und Simulationsreihen zur Parameterbestimmung durchführen zu müssen.
Das IGF-Vorhaben 18468 BG der Gesellschaft zur Förderung angewandter Informatik e. V., Berlin und der FOSTA – Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V., Düsseldorf, als kooperierende Forschungsvereinigung, wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Das Vorhaben wurde von der Gesellschaft zur Förderung angewandter Informatik e. V., Berlin, dem Fraunhofer Institut für Werkstoffmechanik IWM, Freiburg und dem Laborato-rium für Werkstoff- und Fügetechnik (LWF) der Universität Paderborn, durchgeführt.
Gesellschaft zur Förderung angewandter Informatik e. V., Berlin
Dipl.-Inf. Daniel Herfert
M. Sc. Matthias Günther
Fraunhofer Institut für Werkstoffmechanik IWM, Freiburg
Dr.-Ing. Silke Sommer
M. Sc. Philip Rochel
Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik (LWF), Universität Paderborn
Prof. Dr.-Ing. Gerson Meschut
Dr.-Ing. David Hein
M. Sc. Patrick Giese
Verantwortlich für die FOSTA – Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V.
Dipl.-Ing. Franz-Josef Heise
