Methodenentwicklung zur Verbesserung der Schädigungsmodellierung in der numerischen 3D Belastungssimulation mechanischer Fügeverfahren unter Berücksichtigung der fügeinduzierten Vorbeanspruchung

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Kernthesen

  • Realitätsnahe Abbildung des Versagensverhaltens der mechanisch gefügten Verbindungen in der 3D-Belastungssimulation
  • Verringerung der Überdimensionierungen von Bauteilen bzw. Verbindungen
  • Erhöhung der Sicherheit bei der Bauteilauslegung

Zusammenfassung

Der Karosseriebau ist zunehmend durch die Mischbauweise gekennzeichnet, welche zum Einsatz einer Vielzahl von mechanischen Fügeverfahren geführt hat. Aufgrund der zunehmenden Tendenz zum Leichtbau und dem damit verbundenen Einsatz von höherfesten und höchstfesten Stählen werden vor allem die Fügeverbindungen bis an die Grenzen ihrer Verbindungsfestigkeit belastet.

Um die Basis für die Betrachtung des Verbindungsversagens mittels FEM-Simulation zu schaffen, wurden in der Automobilindustrie und in Forschungsprojekten einige Ansätze zur Nachbildung von punkt- und flächenförmigen Verbindungen entwickelt. Eine detaillierte Analyse der Versagensmechanismen im Fügepunkt ist durch die mangelnde Abbildungsgenauigkeit im Bereich der Schädigung nicht möglich.

Durch die Berücksichtigung der Schädigungsentwicklung beim Fügen wird die Prognosegüte wesentlich verbessert und damit Überdimensionierungen von Bauteilen bzw. Verbindungen verringert, womit der Leichtbau unterstützt und Ressourcen geschont werden. Dem zufolge wird eine genauere Bauteilauslegung mit einer erhöhten Sicherheit gewährleistet.

Hierzu soll ein Konzept zur Beurteilung der Tragfähigkeit von mechanisch gefügten Verbindungen im Kontext der Verbindungsbelastung sowie der fertigungsinduzierten Vorschädigung entwickelt werden.


Darstellung des Nutzens für KMU

Die aus dem Projekt hervorgehenden konkreten Erkenntnisse, Materialkarten und Modelle können schon während des Projektes kurzfristig auch von den KMU genutzt werden, um ihre Simulation zu optimieren und ihr Produktportfolio zu erweitern. KMUs der Ingenieurs- und Simulationsdienstleister werden mit den Forschungsergebnissen die Möglichkeit gegeben, das Versagensverhalten von mechanisch gefügten Verbindungen zu beschreiben und Prognosen über die Tragfähigkeit der Verbindungen zu erstellen und diese direkt an Ihre Kunden weitergeben zu können.

Diese Möglichkeit bedeutet eine einfachere, virtuelle Entwicklung optimierter Produkte aus KMU Zulieferbetrieben mit den Vorteilen eines schnellen Marktzuganges, der Energieeinsparung und der Umweltschonung. Ein Nutzen stellt sich außerdem bei den Herstellern von FE-Softwarelösungen sowie Beratungsunternehmen in diesem Bereich ein, die die Ergebnisse zur Erweiterung ihrer Simulationscodes bzw. in Schulungen oder bei Beratungsaufträgen nutzen können.

Da die Ergebnisse auch in die Ausbildung und Abschlussarbeiten von Maschinenbau und Wirtschaftsingenieuren einfließen, die nach ihrem Studium häufig von den beteiligten Unternehmen an der fügeprozesstechnischen Lieferkette eingestellt werden, ist auch über diesen anwendungsorientiert ausgebildeten ingenieurwissenschaftlichen Nachwuchs ein unmittelbarer Nutzen für KMU gegeben.


Projekt

EFB 01/219, IGF 21811N - Laufzeit 01.05.2021 - 30.04.2023

Referent: M. Sc. Mortaza Otroshi, Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik, Universität Paderborn


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