B02 - Zuverlässigkeit gefügter Verbindungen unter zyklischer Beanspruchung und unter korrosiver Beanspruchung

Das Teilprojekt adressiert das Ermüdungsverhalten und das Korrosionsverhalten der im TRR behandelten Fügeverbindungen. Die Charakterisierung der Zuverlässigkeit mechanisch gefügter Strukturen erfolgte bisher vornehmlich rein phänomenologisch. Eine Übertragbarkeit der Befunde und Kennwerte über die jeweils betrachtete Verbindung und das zugehörige Prozessfenster hinweg auf andere Fügeverbindungen ist damit nur bedingt gegeben. Die rein phänomenologisch untersuchte Schwingfestigkeit unterliegt starken Schwankungen in Abhängigkeit der Blechdicke, der Parameter zur Herstellung der Fügeverbindung, dem Beanspruchungsszenario und der Qualität der Fügeverbindung. Wandlungsfähige Prozessketten (z.B. geänderte Blechstärke, Prozessparametervariation) verlangen aber gerade ein Prozessparameter-unabhängiges und damit grundlegendes Verständnis der Schädigungsentwicklung in einer Fügeverbindung. Dem Grundgedanken der Wandlungsfähigkeit der Fügeverbindungen soll durch eine abstrahierte Betrachtung der Wirkzusammenhänge von ursprünglichem Werkstoffzustand, Fügeprozess und den daraus resultierenden Werkstoff- bzw. Struktureigenschaften und damit einer verallgemeinerbaren Vorhersage der Zuverlässigkeit wandlungsfähiger Fügeverbindungen mit den damit einhergehenden Anpassungen der Prozessparameter Rechnung getragen werden. Damit wird vor allem zur Vorhersage des Ermüdungsverhaltens ein grundsätzlich neuer Ansatz notwendig, der den Weg von der Fügeverbindungs-Wöhlerlinie zur Spannungs-Wöhlerlinie unter Berücksichtigung der Kerbe und der Mikrostruktur ermöglicht. Das Ziel einer werkstoffphysikalisch basierten Charakterisierung der hier zu untersuchenden Festigkeitseigenschaften erfordert eine separierte Analyse der entscheidenden Einflussfaktoren: lokale Kerbgeometrie im höchstbeanspruchten Bereich der Fügeverbindung, Deformationszustand infolge des Fügevorgangs und Oberflächenqualität. Somit steht vor allem der Einfluss des plastischen Deformationseintrags während des Fügeprozesses und der daraus resultierenden geometrischen Kerbe auf das Ermüdungsverhalten und das Korrosionsverhalten im Vordergrund. Die Entwicklung und Erprobung spezieller Ersatzproben dient dazu den Einfluss einer multiaxialen plastischen Verformung und der damit verbundenen Gefügeänderungen einerseits und den Einfluss der geometrischen Kerbe andererseits auf das Ermüdungsverhalten mit und ohne Einwirkung eines korrosiven Mediums separiert zu analysieren. Die so identifizierten versagenskritischen Merkmalsgrößen werden auf der Basis statistischer Auswertemethoden zusammengeführt und münden schließlich in die Entwicklung eines Lebensdauervorhersagekonzepts von Clinchverbindungen auf Basis werkstoff- und prozessbasierter Parameter für wandlungsfähige Prozessketten.

Zuverlässigkeit

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Veröffentlichungen

Publikationen

Untersuchungen zum Einfluss von Geometrieparametern bei artgleichen Al-Clinchverbindungen auf das Ermüdungsverhalten im Bereich hoher bis sehr hoher Lastspielzahlen
L. Ewenz, S. Schettler, A.T. Zeuner, M. Zimmermann, Tagung Werkstoffprüfung 2020. Werkstoffe Und Bauteile Auf Dem Prüfstand. Prüftechnik - Kennwertermit (2020).
Effect of Different Tool Geometries on the Mechanical Properties of Al-Al Clinch Joints
L. Ewenz, J. Kalich, M. Zimmermann, U. Füssel, Key Engineering Materials 883 (2021) 65–72.
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.
Effect of the tool geometry on microstructure and geometrical features of clinched aluminum
L. Ewenz, M. Kuczyk, M. Zimmermann, Journal of Advanced Joining Processes 5 (2022).
Corrosion Phenomena and Fatigue Behavior of Clinched Joints: Numerical and Experimental Investigations
S. Harzheim, L. Ewenz, M. Zimmermann, T. Wallmersperger, Journal of Advanced Joining Processes 6 (2022).
The Influence of Heat Treatment on the Microstructure, Surface Roughness and Shear Tensile Strength of AISI 304 Clinch Joints
A.T. Zeuner, L. Ewenz, J. Kalich, S. Schöne, U. Füssel, M. Zimmermann, Metals 12 (2022).
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).
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.
Anrisserkennung an geclinchten Proben während einer zyklischen Belastung unter Nutzung eines Scanning Laser Doppler Vibrometers
A. Brosius, L. Ewenz, R. Stephan, M. Zimmermann, in: M. Zimmermann (Ed.), Tagung Werkstoffprüfung 2022, Deutsche Gesellschaft für Materialkunde e.V. (DGM), 2023.
Ableitung flacher Probengeometrien zur Abbildung mehraxialer Spannungszustände in Clinchverbindungen unter zyklischer Beanspruchung
L. Ewenz, M. Kuczyk, S. Schöne, M. Zimmermann, in: M. Zimmermann (Ed.), Tagung Werkstoffprüfung 2022, Deutsche Gesellschaft für Materialkunde e.V. (DGM), 2023.
Untersuchungen zum Geometrie- und Frequenzeinfluss bei der Ermittlung zyklischer Kennwerte geclinchter Überlappverbindungen
L. Ewenz, R. Kühne, S. Schöne, M. Zimmermann, in: M. Zimmermann (Ed.), Tagung Werkstoffprüfung 2022, Deutsche Gesellschaft für Materialkunde e.V. (DGM), 2023.
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Prof. Dr. Martina Zimmermann

Sonderforschungsbereich Transregio 285

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Dipl.-Ing. Lars Ewenz

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