Modellierung von Kerbeffekten durch Stanznietverbindungen unter Berücksichtigung des Fügeprozesses

Von:

Philipp Bähr

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Der konstruktive Leichtbau durch Mischbauweise birgt ein hohes Potential bei der Entwicklung von ressourceneffizienten Produkten. Andererseits stellt er eine Herausforderung für die Fügetechnik dar, da artverschiedene Werkstoffe mit unterschiedlichen Eigenschaften verbunden werden müssen. Deshalb gewinnen mechanische Fügeverfahren wie das Stanznieten vermehrt an Bedeutung. Fügestellen resultieren stets in einer technischen Kerbe, welche für ein Bauteil versagenskritisch sein kann. In dieser Arbeit wird die Kerbwirkung aufgrund von mechanischen Fügeverfahren anhand einer beispielhaften Verbindung zwischen einem pressgehärteten 22MnB5 Stahlblech in der Dicke 1,5mm und einem EN-AW6016 Aluminiumblech in der Dicke 2,0mm experimentell und numerisch untersucht. Es kann gezeigt werden, dass der Fügeprozess beim Stanznieten eine Vorschädigung des pressharten Stahls zur Folge hat. Detailsimulationen zeigen, dass diese Vorschädigung zu einem reduzierten Umformvermögen der Lochkante führt. In Bauteilsimulationen werden vereinfachte Modelle zur Abbildung von Fügestellen verwendet. In diesen Modellen muss die Vorschädigung ebenfalls berücksichtigt werden, um ein prognosefähiges Ergebnis zu erzielen. Die durchgeführten Simulationen zeigen eine sehr gute Übereinstimmung mit den experimentellen Ergebnissen und bieten eine einfache Möglichkeit den Einfluss von Kerbeffekten zu berücksichtigen.