B01 - Methodenentwicklung zur Auslegung von Bauteil und Fügestelle

Soll die Sicherheit einer Fügeverbindung prognostiziert werden, ist ein Verständnis der existierenden Wechselwirkungen unabdingbar. Ist darüber hinaus eine Vorhersage für ein Gesamtbauteil oder eine Fügeverbindung in einer Struktur zu treffen, ist das Verständnis der Zusammenhänge zwischen der Bauteilstruktur und der Belastung eines einzelnen Fügepunkts erforderlich. In einem gefügten Bauteil ist die Belastung in einem einzelnen Fügepunkt von den Eigenschaften des Fügeelementes, des Fügedesigns, sowie von den Bauteileigenschaften und der Lasteinleitung abhängig. Das Fügedesign ist die Summe aller Fügeelemente, deren Eigenschaften sowie deren Position. Durch Änderungen am Fügepunkt oder durch eine andere Positionierung der Fügepunkte verändert sich die Belastung in diesen. Die Fügesicherheit muss nach einer solchen Änderung für jeden Punkt weiterhin gewährleistet sein. Die im Rahmen dieses Teilprojektes zu entwickelnde Auslegungsmethodik soll dies gewährleisten, indem ein gefügtes Bauteil entweder von der Gesamtstruktur kommend (Top-Down) oder von der Fügestelle kommend (Bottom-Up) ausgelegt wird. Durch die zu entwickelnde methodische Vorgehensweise und die dafür adaptierten und neuartigen Analysemethoden soll eine gleichmäßige Lastverteilung in Fügestelle und Bauteil realisiert werden. Die Ermittlung der Beanspruchung in Bauteil und Fügeelement erfolgt anhand von Energie- und Spannungsgrößen und mithilfe der entwickelten Kraftflussmethode. Anhand einer Fahrzeugkarosserie erfolgt die Ermittlung von typischen Belastungsarten von Clinchpunkten. Die Betrachtung des Einflusses prozessbedingter und werkstoffbedingter Störgrößen erfolgt durch eine numerische und experimentelle Sensitivitätsanalyse. Durch die Veränderungen der Fügepunktumgebung besteht die Möglichkeit diese Umverteilung zu beeinflussen. Die Wechselwirkung zwischen Geometrie und Fügepunkten konnte experimentell und simulativ anhand von Schubproben nachgewiesen werden. Die Umlagerung kann beispielsweise anhand von Energie- und Spannungsgrößen inkrementell über den Umfang oder anhand des Kraftflusses dargestellt und analysiert werden. Damit werden Ursache-Wirkungs-Beziehungen zwischen den einzelnen Einflussgrößen und den Bauteil- und Fügestellenbeanspruchungen sichtbar und quantifizierbar. Die entwickelte Methode kann anschließend genutzt werden um in einer sich wandelnden Prozesskette einfache Anpassungen auf Basis der Struktur oder der Fügestelle vorzugeben, zu bewerten und damit die Fügesicherheit weiterhin zu gewährleisten.