A01 - Fügbarkeitsprognose

Der Einsatz der mechanischen Fügetechnik bietet die Möglichkeit zum Fügen von Mischbaustrukturen mit einem breiten Spektrum an Anforderungsprofilen und Werkstoff-Geometrie-Kombinationen. Aufgrund der von außen nur bedingt einsehbaren Prozesse, der hohen Anzahl an kombinierbaren Werkzeug-Varianten sowie variablen kraft- und wegbasierten Prozessparametern ist eine ganzheitliche Absicherung der Fügbarkeit in wandlungsfähigen Prozessketten entlang der Prozessschritte nicht mit konventioneller, experimentell geprägter Herangehensweise möglich.

Die Vision des Teilprojektes ist daher die Methodenentwicklung zur ganzheitlichen Prognose der Fügesicherheit, Fügeeignung und Fügemöglichkeit entlang der wandlungsfähigen Prozesskette. Für die notwendige Ganzheitlichkeit hinsichtlich der Fügeteilwerkstoffe, Fügeverfahren und Betriebsbedingungen werden im TP A01 neben der Entwicklung von Methoden auch bereits entwickelte Methoden anderer TP des TRR integriert. Kombinierte Methoden aus experimentellen Prüfmethoden und Simulationsmodellen, die das Verbindungsverhalten auf Grundlage des Werkstoffverhaltens beschreiben, werden entwickelt, um grundlegende Wirkprinzipien zu erschließen und die Prognose anhand der Simulation umfassend zu ermöglichen. Die Methoden werden abschließend zur Erarbeitung gezielter Flexibilisierungs- und Robustifizierungsmaßnahmen für wandlungsfähige Prozessketten gegenüber den variierenden Eingangsgrößen genutzt.

Im TP A01 wird eine Simulationsstrategie aufgebaut, die die Prozessschritte Fügeteilfertigung, Fügeprozess und Belastungsphase virtuell abbildet und eine Übergabe der relevanten Zustandsgrößen, wie Geometrie, Werkstoffverfestigung und Schädigung für eine durchgängige Simulation der mechanischen Fügbarkeit erlaubt. Mit dem Simulationsmodell sollen in einem iterativen Prozess der Nutzwert und die Sensitivität der übertragenen Zustandsgrößen hinsichtlich des Gesamtprozesses und gegenüber den jeweils nachfolgenden Prozessschritten untersucht werden. Für die Validierung der Simulationsmodelle wird die gesamte Prozesskette experimentell detailliert nachvollzogen, wobei Geometrie und Werkstoffzustand nach jedem Prozessschritt sowie die Prozessgrößen möglichst lokal ermittelt werden. Erforderlich ist dabei die Entwicklung neuer Prüfmethoden zur Charakterisierung der Reibeigenschaften und des Schädigungsverhaltens von Fügeteilwerkstoffen unter den komplexen Randbedingungen der Prozesskette. Zudem müssen geeignete Probenformen entwickelt werden, welche die gesamte Prozesskette durchlaufen können und eine gezielte Einstellung des Werkstoffzustandes bei der Fügeteil-Fertigung im Bereich der Fügezone sowie kombinierte Belastungszustände ermöglichen.

Fügbarkeitsprognose (1/2)

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Fügbarkeitsprognose (2/2)

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Veröffentlichungen

Publikationen

Numerical analysis of the robustness of clinching process considering the pre-forming of the parts

C.R. Bielak, M. Böhnke, R. Beck, M. Bobbert, G. Meschut, Journal of Advanced Joining Processes. (2020).

DOI

Development of a numerical method for analyzing the robustness of clinching in versatile process chains

C.R. Bielak, M. Böhnke, M. Bobbert, G. Meschut, in: Material Science and Engineering Congress - MSE 2020, n.d.

PDF In many areas of product manufacturing individual components are usually joined together to form complex structures with numerous joints. Mechanical joining technology offers the possibility of joining structures with a wide range of material-geometry combinations. In order to realize the increasing number of varying products using different materials and designs within a process chain, they need to be versatile. Due to changing properties of the materials to be joined, tool geometries and process variables in mechanical joining processes, especially clinching, must be continuously adapted which results in a limited versatility of the process. In this regard, it is necessary to examine the robustness of the clinching process in versatile process chains. Therefore, a method is developed which describes the joint characteristics based on the material properties in order to enable the investigation of the clinching process regarding the robustness concerning continuously changing process and material conditions. The predictive accuracy of numerical simulations for mechanical joining processes depends on the implemented material model, especially the plasticity of the joining parts. Therefore, experimental material characterization processes are used to determine material properties. Furthermore, clinched joints in different material combinations are experimentally generated and examined. Based on these investigations a simulation model of the joining process is developed as 2D-Clinching FEM model in LS-Dyna. The Validation of the developed simulation model is ensured by comparing the geometric formation of the joint and force-displacement curves of the joining process with experimental generated joints. By combining the simulation model with an optimization tool (LS-OPT) the influence of different parameters on the joint characteristics is determined and the robustness of the joining process in versatile process chains is investigated.

Further development of a numerical method for analyzing the load capacity of clinched joints in versatile process chains

C.R. Bielak, M. Böhnke, M. Bobbert, G. Meschut, in: ESAFORM 2021, n.d.

DOI

Concept development of a method for identifying friction coefficients for the numerical simulation of clinching processes

M. Böhnke, M.S. Rossel, C.R. Bielak, M. Bobbert, G. Meschut, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology (2021).

DOI

Development of a Method for the Identification of Friction Coefficients in Sheet Metal Materials for the Numerical Simulation of Clinching Processes

M.S. Rossel, M. Böhnke, C.R. Bielak, M. Bobbert, G. Meschut, Key Engineering Materials 883 (2021) 81–88.

DOI

Influence of rivet length on joint formation on self-piercing riveting process considering further process parameters

F. Kappe, C.R. Bielak, V. Sartisson, M. Bobbert, G. Meschut, in: ESAFORM 2021, University of Liege, 2021.

DOI

Influence of various procedures for the determination of flow curves on the predictive accuracy of numerical simulations for mechanical joining processes

M. Böhnke, F. Kappe, M. Bobbert, G. Meschut, Materials Testing 63 (2021) 493–500.

DOI

Numerical and experimental identification of fatigue crack initiation sites in clinched joints

L. Ewenz, C.R. Bielak, M. Otroshi, M. Bobbert, G. Meschut, M. Zimmermann, Production Engineering 16 (2022) 305–313.

DOI

Influence of heat treatment on the suitability for clinching of the aluminium casting alloy AlSi9

M. Neuser, M. Böhnke, O. Grydin, M. Bobbert, M. Schaper, G. Meschut, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: Journal of Materials: Design and Applications (2022).

DOI

Clinching of Aluminum Materials – Methods for the Continuous Characterization of Process, Microstructure and Properties

R. Kupfer, D. Köhler, D. Römisch, S. Wituschek, L. Ewenz, J. Kalich, D. Weiß, B. Sadeghian, M. Busch, J.T. Krüger, M. Neuser, O. Grydin, M. Böhnke, C.R. Bielak, J. Troschitz, Journal of Advanced Joining Processes 5 (2022).

DOI

Functionality Study of an Optical Measurement Concept for Local Force Signal Determination in High Strain Rate Tensile Tests

M. Böhnke, E. Unruh, S. Sell, M. Bobbert, D. Hein, G. Meschut, Key Engineering Materials 926 (2022) 1564–1572.

DOI

Development of a Modified Punch Test for Investigating the Failure Behavior in Sheet Metal Materials

M. Böhnke, C.R. Bielak, M. Bobbert, G. Meschut, in: The Minerals, Metals & Materials Series, Springer International Publishing, Cham, 2022.

DOI

Experimental and numerical investigation of the influence of multiaxial loading conditions on the failure behavior of clinched joints

M. Böhnke, C.R. Bielak, M. Bobbert, G. Meschut, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: Journal of Materials: Design and Applications (2022).

DOI

Review on mechanical joining by plastic deformation

G. Meschut, M. Merklein, A. Brosius, D. Drummer, L. Fratini, U. Füssel, M. Gude, W. Homberg, P.A.F. Martins, M. Bobbert, M. Lechner, R. Kupfer, B. Gröger, D. Han, J. Kalich, F. Kappe, T. Kleffel, D. Köhler, C.-M. Kuball, J. Popp, D. Römisch, J. Troschitz, C. Wischer, S. Wituschek, M. Wolf, Journal of Advanced Joining Processes 5 (2022).

DOI

Provision of cross-domain knowledge in mechanical joining using ontologies

C. Zirngibl, P. Kügler, J. Popp, C.R. Bielak, M. Bobbert, D. Drummer, G. Meschut, S. Wartzack, B. Schleich, Production Engineering (2022).

DOI

Development of a Numerical 3D Model for Analyzing Clinched Joints in Versatile Process Chains

C.R. Bielak, M. Böhnke, M. Bobbert, G. Meschut, in: The Minerals, Metals & Materials Series, Springer International Publishing, Cham, 2022.

DOI

Numerical investigation of a friction test to determine the friction coefficients for the clinching process

C.R. Bielak, M. Böhnke, M. Bobbert, G. Meschut, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: Journal of Materials: Design and Applications (2022).

DOI

Numerical and experimental identification of fatigue crack initiation sites in clinched joints

L. Ewenz, C.R. Bielak, M. Otroshi, M. Bobbert, G. Meschut, M. Zimmermann, Production Engineering 16 (2022) 305–313.

DOI

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).

DOI

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).

DOI

Numerical investigation of the clinched joint loadings considering the initial pre-strain in the joining area

S. Martin, C.R. Bielak, M. Bobbert, T. Tröster, G. Meschut, Production Engineering (2022).

DOI

Numerical analysis of failure modeling in clinching process chain simulation

C.R. Bielak, M. Böhnke, J. Friedlein, M. Bobbert, J. Mergheim, P. Steinmann, G. Meschut, in: Materials Research Proceedings, Materials Research Forum LLC, 2023.

DOI

A calibration method for failure modeling in clinching process simulations

M. Böhnke, C.R. Bielak, J. Friedlein, M. Bobbert, J. Mergheim, P. Steinmann, G. Meschut, in: Materials Research Proceedings, Materials Research Forum LLC, 2023.

DOI

Experimental and Numerical Investigation of Clinched Joints Under Shear Tensile Loading at High Strain Rates

M. Böhnke, C.R. Bielak, M. Bobbert, G. Meschut, in: Lecture Notes in Mechanical Engineering, Springer Nature Switzerland, Cham, 2023.

DOI

Influence of plastic orthotropy on clinching of sheet metal

J. Friedlein, C.R. Bielak, M. Böhnke, M. Bobbert, J. Mergheim, P. Steinmann, G. Meschut, in: Materials Research Proceedings, Materials Research Forum LLC, 2023.

DOI

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