P 914 – Experimentelle und numerische Simulationder Einflüsse konstruktions- undfertigungsbedingter Toleranzen auf das Crashverhalten von Klebverbindungen

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ISBN: 978-3-96780-126-2 Artikelnummer: aad18578d013 Kategorien: ,

Beschreibung

P 914 – Experimentelle und numerische Simulationder Einflüsse konstruktions- undfertigungsbedingter Toleranzen auf das Crashverhalten von Klebverbindungen

Die Anforderungen an die Automobilindustrie bezüglich der Reduzierung der Flottenverbräuche und einer damit einhergehenden Verringerung der Fahrzeuggewichte rücken eine konsequente Umsetzung des Multi-Material-Designs im Rohkarosseriebau in den Fokus der Entwickler. Ein Schlüssel zur Umsetzung dieser Leichtbaukonzepte liegt in der Klebtechnologie. Zur vollständigen Ausschöpfung des enormen Potentials dieser Fügetechnik sind jedoch fertigungs- und prozesstechnische Fragestellungen zu beantworten. Ein wesentlicher Teil ergibt sich aus den in der Serienfertigung auftretenden  Toleranzen hinsichtlich der geometrischen Ausprägung der Klebnaht. Die Einflussgrößen, wie z.B. die Klebschichtdicke und die Geometrie der Fugenfüllung, können einen signifikanten Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften der Verbindung haben. Eine Kenntnis der Auswirkungen der im Fertigungsprozess auftretenden Streuungen auch unter Berücksichtigung des Spannungszustandes und der Belastungsgeschwindigkeit ist essentiell für eine sichere Auslegung klebtechnisch gefertigter Komponenten.
Da das reale, in der Serienfertigung hergestellte Produkt Abweichungen von den idealisierten Größen des Simulationsmodells zeigt, so dass das gemessene mechanische Bauteil- und Strukturverhalten von dem des virtuellen Modells signifikant abweichen kann, müssen diese Einflussgrößen  berücksichtigt werden. Insbesondere muss die Frage gestellt werden, wie groß diese Abweichungen infolge der Serienstreuungen sein dürfen, ohne dass sich das Gesamtverhalten der Karosserie im Crashfall merklich ungünstig ändert und dann außerhalb des zulässigen Vorschriftsbereichs liegt. Um diese Frage zu beantworten, wird ein Simulationsverfahren zur Abschätzung des Crashverhaltens von Klebverbindungen dahin gehend qualifiziert, dass damit bei variierten konstruktions- und fertigungsbedingten Toleranzen hinreichend genaue Berechnungen des Crashverhaltens der Gesamtstruktur möglich
sind. Dazu sind zunächst Basiskennwerte zur Parameteridentifikation der verwendeten Materialmodelle zu ermitteln. Diese werden anhand von Grundversuchen an standardisierten Proben generiert. Dies betrifft insbesondere Schubspannung-Gleitung-Verläufe sowie Normalspannung-Dehnung-Verläufe in Abhängigkeit der Klebschichtdicke. Anhand dieser Funktionen können die notwendigen Parameter für ein entsprechendes Materialmodell identifiziert und die Abhängigkeit der einzelnen Materialparameter von der Klebschichtdicke ermittelt werden. Die Verifikation und Validierung des Materialmodells findet anhand von technologischen Versuchen (einfach überlappte Scherzugprobe, Schälzugprobe) und bauteilähnliche Proben (T-Stoß) statt. Mit diesen Proben wurde insbesondere der Einfluss der Fügeteilwerkstoffe untersucht. Bei unterschiedlichen Fügeteilwerkstoffen konnte hier ein eindeutiger Effekt auf das Tragverhalten der Verbindungen festgestellt werden, welcher sich insbesondere auf die unterschiedliche Fügeteildeformation und die daraus entstehenden Spannungsspitzen in der Klebschicht zurückführen lässt. Wird glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) als Fügeteilwerkstoff eingesetzt, kam es häufig zu einem veränderten Versagensbild, welches durch teilweise Delamination der Deckschicht im GFK beschrieben werden kann. In der Konsequenz konnte dieses komplexe Versagensbild, welches auch zu weniger reproduzierbaren Versuchsergebnissen führte, mit der verwendeten Simulationsmethodik nicht prognostiziert werden. Bei den Materialkombinationen aus Stahlwerkstoffen konnte eine sehr hohe Prognosegüte erzielt werden.

Veröffentlichung:
2017

Autoren:
Prof. Dr.-Ing. G. Meschut, , Prof. Dr.-Ing. A. Matzenmiller