Ersatzmodellentwicklung zur Prognose des kerbinduzierten Fügeteilversagens von Halbhohlstanznietverbindungen unter Crashbelastung

Von:

Tony Porsch

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Vor dem Hintergrund größer werdender Ressourcenknappheit und dem wachsenden Bewusstsein von Nachhaltigkeit ist die Automobilindustrie bestrebt, verbrauchsarme und klimaneutrale Personenkraftwagen zu entwickeln. Ein Weg zum Erreichen dieses Ziels sind Leichtbau-Karosseriestrukturen unter Einsatz von serientauglichen mechanischen Fügetechnologien. Eine hierfür häufig verwendete Fügetechnik ist das Halbhohlstanznieten. Die Nietverbindungen müssen im virtuellen Prototyp eines Gesamtfahrzeugs durch Ersatzmodelle berücksichtigt werden, um im Entwicklungsprozess frühzeitig Anforderungen wie Crash-Sicherheit, Steifigkeit usw. abzusichern. Das Ziel dieser Arbeit ist die Abbildung des kerbinduzierten Materialversagens im Einflussbereich von Halbhohlstanznietverbindungen in einer Crashberechnung, um so die Prognosegüte des virtuellen Prototyps zu steigern. Das kerbinduzierte Materialversagen wird anhand von ausgewählten Probenkonfigurationen charakterisiert und durch ein Detailmodell nachgebildet. Aus den ermittelten Daten wird ein Materialversagenskriterium abgeleitet, das auf einem funktionalanalytischen Ansatz aus der Kerbwirkungstheorie basiert und durch die Einbeziehung des Verfestigungs- und Dehnratenverhaltens des Materials erweitert wird. Das so modifizierte Versagenskriterium wird in eine Crash-Ersatzmodellumgebung implementiert und das Kraft-Verformungsverhalten an bauteilähnlichen Proben validiert. Es kann nachgewiesen werden, dass das Modell für verschiedene Materialien, Belastungsgeschwindigkeiten und Netzgrößen gute Übereinstimmungen zwischen Simulation und Experiment liefert. Das Ersatzmodell ist in eine Crashberechnung eines Gesamtfahrzeugs integrierbar und kann zur Funktionsauslegung von Karosseriestrukturen verwendet werden.