Beschreibung
P 837 – Experimentelle Untersuchung und Simulation des Crashverhaltens mechanischgefügter Verbindungen
Bei der Umsetzung von innovativen Leichtbaukonzepten zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und somit auch der CO2-Emmissionen finden verstärkt mechanische Fügeverfahren Anwendung. Die mechanische Fügetechnik bietet gegenüber der thermischen Fügetechnik den entscheidenden Vorteil, dass sich mit ihr auch Mischverbindungen aus artverschiedenen Werkstoffen prozesssicher realisieren lassen, ohne dass die positiven Werkstoffeigenschaften durch thermische Beeinflussung herabgesetzt werden. Folglich wird im Automobilbau neben den konventionellen Fügeverfahren, wie z.B. dem Widerstandspunktschweißen eine Vielzahl mechanischer Verbindungstechniken, wie z.B. das Halbhohlstanznieten und das Direktverschrauben, eingesetzt. In den letzten Jahren haben sich die Einsatzmöglichkeiten dieser beiden mechanischen Fügetechniken im Automobilbau kontinuierlich weiterentwickelt.
Für den effektiven Einsatz dieser Fügetechniken insbesondere auch in crashrelevanten Bereichen fehlen jedoch bislang Verbindungskennwerte, die eine Vorhersage über das Tragverhalten dieser Verbindungen ermöglichen. Bei der Umsetzung von innovativen Leichtbaukonzepten zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und somit auch der CO2-Emmissionen, finden verstärkt mechanische Fügeverfahren Anwendung. Die mechanische Fügetechnik bietet gegenüber der thermischen Fügetechnik den entscheidenden Vorteil, dass sich mit ihr auch Mischverbindungen aus artverschiedenen Werkstoffen prozesssicher realisieren lassen, ohne dass die positiven Werkstoffeigenschaften durch thermische Beeinflussung herabgesetzt werden [Hah94]. Folglich wird im Automobilbau neben den konventionellen Fügeverfahren wie dem Widerstandspunktschweißen eine Vielzahl mechanischer Verbindungstechniken, wie z.B. das Halbhohlstanznieten und das Direktverschrauben eingesetzt. In den letzten Jahren haben sich die Einsatzmöglichkeiten dieser beiden mechanischen Fügetechniken im Automobilbau kontinuierlich weiterentwickelt [Ban06]. Für den effektiven Einsatz dieser Fügetechniken insbesondere auch in crashrelevanten Bereichen fehlen jedoch bislang Verbindungskennwerte, die eine Vorhersage über das Tragverhalten dieser Verbindungen ermöglichen.
In der Fahrzeugentwicklung spielt die Crashsimulation ganzer Fahrzeugstrukturen eine wesentliche Rolle im Entwicklungsprozess. Das Tragverhalten der gesamten Fahrzeugstruktur wird dabei erheblich von ihren Fügestellen beeinflusst, wobei die Fügebereiche in der Crashsimulation durch vereinfachte Ersatzmodelle berücksichtigt werden müssen [Özd05]. Sehr detaillierte Modelle der Verbindungen können in den Gesamtfahrzeugmodellen, die in der Crashanalyse eingesetzt werden, nicht verwendet werden, da diese zu Berechnungszeiten von mehreren Tagen bzw. Wochen führen würden und in dem Entwicklungszeitplan aufgrund der Vielzahl von Lastfällen und Rechnungen zur optimalen konstruktiven Auslegung nicht realisierbar wären. Infolgedessen muss auf vereinfachte Ersatzmodelle der Fügestellen zurückgegriffen werden, die das globale Verformungs- und Versagensverhalten unter schlagartiger Belastung mit hinreichend hoher Genauigkeit, aber deutlich geringerem numerischen Aufwand abbilden. Vor diesem Hintergrund wurden in der Vergangenheit für das Widerstandspunktschweißen entsprechende Berechnungskonzepte entwickelt. Diese basieren auf experimentell ermittelten Kraft-Verformungsweg-Verläufen, die an Einelementproben in Abhängigkeit von der Belastungsart (Scher-, Kopf-, und Schälzug) ermittelt worden sind [Özd05, See05, Som06]. Eine solche umfassende Charakterisierung des Crashverhaltens entsprechender Verbindungen existiert für mechanisch gefügte Verbindungen nicht. Hier setzt das zugrundeliegende Forschungsvorhaben mit seiner Zielsetzung an.
Veröffentlichung:
2010
Autoren:
Prof. Hahn, Prof. Gumbsch, Prof. Iwainsky
