Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

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

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. 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. Um das Forschungsziel zu erreichen, soll dabei die prozessinduzierte Vorbeanspruchung berücksichtigt und die Ergebnisse auf 3D-Belastungssimulationsmodelle übertragen werden. Mittels Laststeigerungsversuchen für unterschiedliche Belastungsarten sollen die Versagenszeitpunkte und der Versagensort identifiziert werden. Die erforderlichen Schädigungsproben sollen identifiziert, erforderlichenfalls weiterentwickelt und erprobt werden. Es soll untersucht werden, welches Schädigungsmodell für eine verbesserte Prognosegüte geeignet ist, um die nicht-proportionale Belastung zu berücksichtigen. Darüber hinaus sollen durch eine Sensitivitätsanalyse die relevanten Parameter für die Bedatung der Modelle ermittelt und die Prognosegüte mit dem Daten- bzw. Versuchsaufwand korreliert werden. Die entwickelte Methode wird durch eine Belastungssimulation mit angepasstem Schädigungsmodell validiert. Die Forschungsergebnisse erlauben es insbesondere KMUs aus Bereichen der System- und Elementhersteller, Simulationsdienstleister und Ingenieurbüros, das Versagensverhalten von mechanisch gefügten Verbindungen zu beschreiben und Prognosen über die Tragfähigkeit der Verbindungen erstellen und diese direkt an Ihre Kunden weitergeben zu können.

Ergebniszusammenfassung:

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. 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. Um das Forschungsziel zu erreichen, soll dabei die prozessinduzierte Vorbeanspruchung berücksichtigt und die Ergebnisse auf 3D-Belastungssimulationsmodelle übertragen werden. Mittels Laststeigerungsversuchen für unterschiedliche Belastungsarten sollen die Versagenszeitpunkte und der Versagensort identifiziert werden. Die erforderlichen Schädigungsproben sollen identifiziert, erforderlichenfalls weiterentwickelt und erprobt werden. Es soll untersucht werden, welches Schädigungsmodell für eine verbesserte Prognosegüte geeignet ist, um die nicht-proportionale Belastung zu berücksichtigen. Darüber hinaus sollen durch eine Sensitivitätsanalyse die relevanten Parameter für die Quantifizierung der Modelle ermittelt und die Prognosegüte mit dem Daten- bzw. Versuchsaufwand korreliert werden. Die entwickelte Methode wird durch eine Belastungssimulation mit angepasstem Schädigungsmodell validiert. Die Forschungsergebnisse erlauben es insbesondere KMUs aus Bereichen der System- und Elementhersteller, Simulationsdienstleister und Ingenieurbüros, das Versagensverhalten von mechanisch gefügten Verbindungen zu beschreiben und Prognosen über die Tragfähigkeit der Verbindungen erstellen und diese direkt an Ihre Kunden weitergeben zu können.