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SFB/Transregio 285

B01 - Methodenentwicklung zur Auslegung von Bauteil und Fügestelle

Die Auslegung von mechanisch gefügten Verbindungen ist trotz numerischer Werkzeuge wie der Finite-Elemente-Analyse (FEA) durch Erfahrungswissen geprägt und erfolgt im Allgemeinen heuristisch. Der Grund hierfür ist, dass eine Vielzahl von Prozess-, Stör- und geometrischen Größen das Fügeergebnis wechselseitig beeinflussen. Soll die Sicherheit einer Fügeverbindung prognostiziert werden, ist ein Verständnis der Wechselwirkungen unabdingbar. Ist darüber hinaus eine Vorhersage für ein Gesamtbauteil oder eine Fügeverbindung in diesem zu treffen, ist der Zusammenhang zwischen der Bauteilstruktur und der Belastung eines einzelnen Fügepunkts erforderlich. Um die im TRR zentral adressierte Thematik der Wandlungsfähigkeit fügetechnischer Prozessketten zu ermöglichen, muss bei einer Änderung der Randbedingungen auch die Fügesicherheit jeder einzelnen Verbindung eines Bauteils erhalten bleiben. Dies kann entweder durch ein Anpassen der Bauteilgeometrie oder durch ein Anpassen der Fügestelle sichergestellt werden.

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.

Beginnend mit der Ermittlung charakteristischer Fügepunktbeanspruchungen einer Automobilkarosserie unterschiedlichen Betriebslasten, werden repräsentative Vergleichslasten für eine detaillierte Betrachtung der Fügepunkte abgeleitet. Im nächsten Schritt erfolgt die Entwicklung einer Methode zur Bewertung und Beeinflussung der Bauteil- und Fügestellenbelastung auf Basis von Kraftfluss- und Schnittstellenersatzmodellen. Dabei wird die räumliche Einleitung der Kraftflüsse in die Fügestellen analysiert und durch physikalisch begründbare Kennwerte charakterisiert. Somit werden Ursache-Wirkungs-Beziehungen zwischen den einzelnen Einflussgrößen und den Bauteil- und Fügestellenbeanspruchungen quantifizierbar. Um im Weiteren den Einfluss von geänderten Prozessbedingungen auf das Fügeergebnis abbilden zu können, wird das Modell um stochastische Einflussgrößen erweitert. Basierend auf einer numerischen Sensitivitätsanalyse erfolgt die Parameterauswahl für die anschließenden experimentellen stochastisch abgesicherten Versuche. Im Anschluss werden die Wechselwirkungen zwischen Bauteilstruktur und den Fügepunkten untersucht. Diese neue 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.

Elemente der zu entwickelnden Methode zur Neuauslegung mittels Kraftflussanalyse durch Anpassung des Bauteils oder durch die Anpassung des Fügepunktes FS: Kennwert Fügesicherheit (siehe AP5); FS0: Initialer Kennwert Fügesicherheit

Mitglieder

Prof. Dr. rer. nat. Thomas Tröster
Universität Paderborn - Leichtbau im Automobil
thomas.troester@upb.de - +49 (0)5251 60 5331

Prof. Dr.-Ing. Alexander Brosius
Technische Universität Dresden - Professur für Formgebende Fertigungsverfahren
alexander.brosius@tu-dresden.de - +49 (0)351 463 37616

Dipl.-Ing. (FH) Christian Steinfelder
Technische Universität Dresden - Professur für Formgebende Fertigungsverfahren
christian.steinfelder@tu-dresden.de - +49 (0)351 463 42497

M. Sc. Alan Camberg
Universität Paderborn - Leichtbau im Automobil
alan.camberg@upb.de - +49 (0)5251 60 5961

M. Sc. Sven Martin
Universität Paderborn - Leichtbau im Automobil
sven.martin@upb.de - +49 (0)5251 60 5406

Veröffentlichungen