Beschreibung
P 1262 – Einfluss fertigungsbedingter Toleranzen auf das Versagens- und Verformungsverhalten mechanisch gefügter Verbindungen unter Crashbelastung
Die mechanische Fügetechnik gewinnt bei der Herstellung moderner Fahrzeugkarosserien zunehmend an Bedeutung. Gegenüber den konventionellen thermischen Fügeverfahren wie dem Widerstandspunktschweißen ermöglicht die mechanische Fügetechnik das Fügen von Mischbaustrukturen. Die Fertigung in Mischbauweise stellt vor dem Hintergrund der zunehmenden Forderung nach ressourcensparenden Gesamtfahrzeugen eine effektive Möglichkeit zur Reduktion des Fahrzeuggesamtgewichts dar. Die mechanische Fügetechnik wird in der industriellen Anwendung meistens vollautomatisiert angewendet, wobei Toleranzen in der Ausprägung der Fügestelle auftreten können. Diese Toleranzen haben einen Einfluss auf das Trag- und Versagensverhalten der gefügten Verbindung.
Ziel dieses Projekts ist es, den Einfluss fertigungsbedingter Toleranzen auf das Trag- und Versagensverhalten mechanisch gefügter Verbindungen experimentell und numerisch zu untersuchen. Es wurde eine Methodik entwickelt, mit der es möglich ist, die beobachteten Auswirkungen in der Crashsimulation von Fahrzeugstrukturen zu berücksichtigen. Für mehrere Fügeverfahren (Halbhohlstanznieten, Bolzensetzen und Fließlochformendesschrauben) wurden unterschiedliche Fertigungseinflüsse untersucht (Nietlänge, Nietkopfendlage, Orthogonalität, Lateralversatz und Flanschüberdeckung). Dazu wurden entsprechende Verbindungen unter Berücksichtigung der einzelnen Fertigungseinflüsse erstellt. Im Anschluss wurden die Auswirkungen der einzelnen Fertigungseinflüsse auf das Trag- und Versagensverhalten der Verbindung mit Hilfe von LWF-KS-2-Proben untersucht. Die auf Einelementprobenebene gewonnen Erkenntnisse wurden im Anschluss anhand eines Musterbauteils in Form eine T-Stoßes unter Längs- und Querbelastung für komplexe Belastungszuständen validiert. Zur Ergänzung der experimentellen Datenbasis wurden numerische Prozesssimulationen für weitere Ausprägungen der untersuchten Fertigungseinflüsse durchgeführt, anhand derer Tragfähigkeitssimulationen in Form von Detailmodellen erstellt werden konnten. Auf Basis dieser Untersuchungen wurden funktionale Zusammenhänge für die Ausprägung der einzelnen Fertigungseinflüsse und deren Auswirkungen auf das Trag- und Versagensverhalten der Verbindung abgeleitet. Diese funktionalen Zusammenhänge wurden dazu genutzt, die Auswirkungen der einzelnen Fertigungseinflüsse in Form von Abschlagsfaktoren in der Ersatzmodellierung von Fügestellen zu berücksichtigen. Das entwickelte Vorgehen wurde schließlich durch Simulation der Musterbauteilversuche für komplexe Belastungszustände validiert.
Die in diesem Projekt gewonnen Erkenntnisse ermöglichen es Anwendern, die Auswirkungen fertigungsbedingter Toleranzen auf das Trag- und Versagensverhalten mechanische gefügter Verbindungen in der Entwicklung von Fahrzeugkomponenten zu berücksichtigen und deren Einflüsse auf das Crashverhalten der Gesamtstruktur zu untersuchen
Veröffentlichung:
2022
Autoren:
Prof. Dr.-Ing. G. Meschut, Prof. Dr. rer. nat. P. Gumbsch
