Charakterisierung und Modellierung von Kerbeffekten durch Mischverbindungen in Karosseriebauteilen aus höchstfesten Stählen

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S14-IWM


Kernthesen

 

  • Fügestellen stellen geometrische und metallurgische Kerben dar, die unter Crashbelastung für ein Bauteil versagenskritisch sein können
  • Um das Crashverhalten eines Bauteils richtig vorhersagen zu können, ist es notwendig Versagen aufgrund von Fügestellen im Modell zu berücksichtigen
  • Dazu sind speziell angepasste Modellierungsmethoden nötig, welche die Empfindlichkeit der Kerbzone unter in-Plane-Belastung berücksichtigen

Zusammenfassung

Inhalt des Vortrages ist die experimentelle und numerische Untersuchung des Einflusses von technischen Kerben aufgrund von Fügestellen auf das Trag- und Versagensverhalten von Mischbaustrukturen aus höchstfestem Stahl unter Crashbelastung.

Es werden jeweils zwei mechanische (Halbhohl- und Vollstanznieten) und zwei thermische (Reib- und Widerstandselementschweißen) Fügeverfahren und die dadurch induzierten Kerben vorgestellt.

Die beiden thermischen Fügeverfahren ergeben eine metallurgische Kerbe aufgrund der eingebrachten Wärme und einhergehender Gefügeumwandlungen. Die mechanischen Fügeverfahren haben hingegen eine geometrische Kerbe durch das Durchdringen der Fügeteilwerkstoffe zur Folge. Ziel der Untersuchung ist eine Modellierungsmethode zu entwickeln, die kerbinduziertes Bauteilversagen unter komplexen Belastungszuständen, wie sie im Crashlastfall auftreten, abbilden kann.

Die dazu nötige Datenbasis wird anhand von Versuchen (Zug- und Durchstoßversuche sowie Lochzug- und Lochaufweitungsversuche) an den unterschiedlich gefügten Proben ermittelt. Durch eine explizite Modellierung der Kerbzone und Modifikation des Versagensmodells des Grundwerkstoffes in diesem Bereich wird die beobachtete Kerbwirkung in der Crashsimulation abgebildet. Die verwendete Ersatzmodellierung wird durch Simulation der Probenversuche kalibriert und im Anschluss anhand von Versuchen an bauteilähnlichen Proben validiert.

Es kann gezeigt werden, dass durch Fügestellen eingebrachte Kerben einen deutlichen Einfluss auf das Trag- und Versagensverhalten von Bauteilen haben können. Weiterhin ist die entwickelte Ersatzmodellierung dazu in der Lage kerbbedingtes Bauteilversagen unter komplexen Belastungszuständen abzubilden.


Projekt

FOSTA P 1268, IGF 19751 N

Referent: Philipp Bähr, Fraunhofer IWM


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