Modellbildung
Ausschlaggebend für die Versagensursache beim mechanischen Fügeprozess ist insbesondere die vorherrschende Spannungssituation, das komplexe Werkstoffverhalten unter Berücksichtigung von Reibung, Plastizität und Schädigungsmechanismen sowie häufig falsch gefügte oder überbeanspruchte Verbindungen. Im Hinblick auf die Betriebsbeanspruchung müssen zudem auch Korrosionsphänomene sowie die Entstehung und Ausbreitung von Ermüdungsrissen berücksichtigt werden, um Schäden an mechanisch gefügten Strukturen unter Betriebsbeanspruchung zu vermeiden. Zur Analyse der Eigenschaften einer Clinchverbindung werden bislang häufig Trial-and-Error-Methoden und erfahrungsbasierte Ansätze verwendet. Diese sind jedoch zum Teil nur starr für individuelle Werkstoff-Geometrie-Kombinationen gültig, so dass die Auslegung des Clinchprozesses derzeit nur begrenzt auf externe Prozessänderungen reagieren kann und für jede Werkstoffkombination individuell erfolgen muss.
Eine zuverlässige Vorhersage der Fügbarkeit erfordert daher eine umfassende Methodik, die den gesamten Produktlebenszyklus vom zu fügenden Material über die Herstellung bis hin zum Betrieb der Verbindung betrachtet. Diese ganzheitliche Betrachtungsweise ist essenziell für eine exakte Prozesssimulation sowie eine zielsichere Tragfähigkeits- bzw. Lebensdauerprognose und somit wesentlicher Gegenstand der teilprojektübergreifenden Zusammenarbeit im AK „Modellbildung“. Die im Arbeitskreis vertretenen Teilprojekte des TRR erforschen ganzheitliche Modellierungsansätze und tragen so zur Durchdringung der komplexen Ursache-Wirk-Zusammenhänge beim mechanischen Fügen unterschiedlicher Werkstoffe (z.B. Aluminium, Stahl und Faserverbundwerkstoffe) bei. In diesem Zusammenhang wird die numerische Modellierung der gesamten Fügeprozesskette mithilfe der Software LS-Dyna angestrebt, wobei die Designphase des Produkts, der Fügeprozess mit Schädigungsmodellierung sowie die aus der Betriebsphase resultierenden Eigenschaften der Fügeverbindung (u.a. Korrosion und Ermüdungsrisswachstum) zu berücksichtigen sind. Eine konsequente Betrachtung dieser Phasen ist erforderlich, um geclinchte Produkte prozesssicher herzustellen und die Funktion über die gesamte Lebensdauer erfüllen zu können. Eine Simulationskette, die alle Bereiche zur Herstellung einer geclinchten Struktur berücksichtigt, trägt maßgeblich zum Verständnis der komplexen Wirkzusammenhänge beim mechanischen Fügen unterschiedlicher Werkstoffe bei und sichert somit die Fügbarkeit in wandlungsfähigen Prozessketten.
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Publikationen
A Review on the Modeling of the Clinching Process Chain - Part III: Operational Phase
B. Schramm, S. Harzheim, D. Weiß, T.D. Joy, M. Hofmann, J. Mergheim, T. Wallmersperger, Journal of Advanced Joining Processes (2022).
A Review on the Modeling of the Clinching Process Chain - Part I: Design Phase
B. Schramm, S. Martin, C. Steinfelder, C.R. Bielak, A. Brosius, G. Meschut, T. Tröster, T. Wallmersperger, J. Mergheim, Journal of Advanced Joining Processes 6 (2022).
A Review on the Modeling of the Clinching Process Chain - Part II: Joining Process
B. Schramm, J. Friedlein, B. Gröger, C.R. Bielak, M. Bobbert, M. Gude, G. Meschut, T. Wallmersperger, J. Mergheim, Journal of Advanced Joining Processes (2022).
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