Steigerung der Prognosegüte mechanischer Fügeprozesssimulationen durch den Einsatz einer fügespezifischen Reibmodellierung basierend auf einer experimentellen Parametrisierung

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Kernthesen

  • Als sensitive und signifikante Einflussgrößen für die Verbindungsausprägung mechanischer Fügeverbindungen gelten die Reibverhältnisse zwischen den Fügeteilen sowie zu den Werkzeugen.
  • Die Reibverhältnisse stehen in starker Abhängigkeit von den lokalen Fügeprozessparametern und müssen auf experimenteller Ebene differenziert betrachtet werden.
  • Für die Prognosefähigkeit mechanischer Fügeprozesssimulationen ist die experimentelle Parametrisierung der Reibverhältnisse unerlässlich.

Zusammenfassung

Die numerische Simulation mechanischer Fügeverfahren trägt wesentlich zur Beschleunigung der Entwicklungszyklen in der Automobilindustrie bei. Für die Herstellung einer Prognosefähigkeit der virtuellen Verbindungsauslegung ist eine experimentelle Parametrisierung der Fügeprozesse notwendig. Während bei der Plastizitätsbeschreibung der Fügeteilwerkstoffe standardisierte Prüfmethoden (wie z.B. der einachsige Zugversuch) eingesetzt werden, existiert für die Identifikation der Reibverhältnisse keine standardisierte Prüfmethodik.

Dieser Beitrag thematisiert die Arbeiten aus dem abgeschlossenen Projekt „Fügespezifische Reibwerte", welche eine Methodenentwicklung zur Ermittlung und Implementierung der Reibverhältnisse in die numerische Simulation zum Entwicklungsgegenstand hatten. Im Rahmen des Forschungsvorhabens ist ein rotatorischer Reibprüfstand basierend auf der Prüfkinematik eines Compression-Torsion-Tribometers entstanden. Dieser Prüfstand ist in der Lage alle reibrelevanten Kontakte beim Halbhohlstanznieten und Clinchen mit starrer Matrize prozessnah abzubilden.

Durch den Einsatz einer zweigeteilten Einhausung können sehr hohe Kontaktnormalspannungen realisiert werden. Ebenso ist eine Reibwertermittlung unter Einwirkungen von Temperatur und variabler Relativgeschwindigkeit möglich. Basierend auf den experimentellen Ergebnissen erfolgt die Reibmodellbildung und Implementierung in eine numerische Berechnungssoftware über eine User-Subroutine. Das Reibmodell wird in nachgelagerten Schritten numerisch anhand inverser Simulationen von einfachen Reibversuchen verifiziert. Final erfolgt die Validierung der Reibmodellierung anhand einer Gegenüberstellung von experimentellen und simulativen Fügeverbindungen mittels Querschliffen und Prozesskurven.

Die im Rahmen des Projektes gewonnen Erkenntnisse liefern einen wichtigen Beitrag zur Herstellung der Prognosefähigkeit mechanischer Fügeprozesssimulationen sowie zur virtuellen Verbindungs- und Fahrzeugauslegung.


Projekt

EFB 40/117, IGF 20235N

Referent: Moritz Rossel, M.Sc., Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik, Universität Paderborn


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