C04 - Lokale und integrale in situ Analyse prozess- und betriebsbedingter Schädigungseffekte von Fügeverbindungen

Die bei der Herstellung und Beanspruchung von mechanischen Fügeverbindungen wirkenden Deformations- und Schädigungsphänomene lassen sich aufgrund der eingeschränkten Zugänglichkeit der Fügestelle bisher nicht direkt beobachten und näher charakterisieren. Vielmehr muss eine Verbindung während des umformtechnischen Herstellungsprozesses oder zur Bewertung der Folgen einer Belastung zunächst entlastet und aufwändig, im Allgemeinen zerstörend, präpariert und analysiert werden. Bei dieser ex situ Analyse kommt es infolge der Entlastung zur Rückstellung elastischer Deformationen, wobei sich eingebrachte Risse potentiell schließen und somit nicht oder nur eingeschränkt detektiert werden können.

Das übergeordnete Ziel dieses Teilprojekts ist die Entwicklung und Umsetzung zweier komplementärer experimenteller Verfahren zur zerstörungsfreien in situ Analyse von Fügeverbindungen. Die beiden zu entwickelnden Verfahren ergänzen einander derart, dass sie eine örtlich und zeitlich hochaufgelöste Analyse der Fügestelle sowohl während ihrer Entstehung als auch unter Belastung ermöglichen. Für die Entwicklung und Adaption der beiden Messverfahren selbst sowie der phänomenologischen Zuordnung der Versuchsdaten ist ein methodenbasiertes Vorgehen zur Interpretation und Zusammenführung der zeitlich sowie örtlich aufgelösten Messinformationen zu entwickeln. Das Teilprojekt leistet einen wesentlichen Beitrag dazu, das Ziel der Wandlungsfähigkeit in der mechanischen Fügetechnik zu erreichen, da sowohl die Fügestellenherstellung als auch die Fügestellenbelastung einer bisher nicht realisierbaren Detailanalyse unterzogen und so die Ursache-Wirkungs-Beziehungen beider Lebensphasen aufgedeckt werden können.

Zur örtlich hochauflösenden Analyse soll ein neuartiges in situ Verfahren unter Nutzung der Röntgencomputertomografie (in situ CT) entwickelt werden, mit welchem während des Fügeprozesses bzw. der Beanspruchung die Fügezone dreidimensional erfasst werden kann. Die CT als Werkzeug zur Qualitätsbewertung von Fügestellen in größeren Baugruppen ist aufgrund des begrenzten Messvolumens nur eingeschränkt nutzbar. An dieser Stelle setzt das zweite zu entwickelnde Verfahren an, die Transiente Dynamische Analyse (TDA). Es basiert auf der gezielten Einleitung von Ultraschallwellen in die gefügte Struktur und auf der Erfassung des Antwortverhaltens in Form der durch die Fügestelle übertragenen Energiebeiträge. Die dissipierten Energiebeiträge infolge einer Werkstoffschädigung oder einer unzureichenden Fügestelle können aufgrund ihrer Charakteristik über Frequenz und Amplitude unterschieden werden. Durch die Einkopplung der Ultraschallwellen lassen sich mit hoher zeitlicher Auflösung Änderungen im Antwortverhalten und damit eine Veränderung des charakteristischen Profils detektieren. Die detaillierten Aufnahmen der CT ermöglichen eine eindeutige Zuordnung der gemessenen charakteristischen TDA-Antwortprofile zu konkreten Schädigungsausprägungen im Werkstoff.

In situ Analyse

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Veröffentlichungen

Publikationen

Investigation of Clinched Joints – A Finite Element Simulation of a Non-destructive Approach
B. Sadeghian, C. Guilleaume, R. Lafarge, A. Brosius, Lecture Notes in Production Engineering (2020) 116–124.
Experimental and Numerical Studies on the Deformation of a Flexible Wire in an Injection Moulding Process
D. Köhler, B. Gröger, R. Kupfer, A. Hornig, M. Gude, Procedia Manufacturing 47 (2020) 940–947.
Clinching in in-situ CT—A numerical study on suitable tool materials
D. Köhler, R. Kupfer, M. Gude, Journal of Advanced Joining Processes 2 (2020) 100034.
Clinching in in-situ CT—A numerical study on suitable tool materials
D. Köhler, R. Kupfer, M. Gude, Journal of Advanced Joining Processes 2 (2020).
Clinching in In-situ CT – Experimental Study on Suitable Tool Materials
D. Köhler, R. Kupfer, J. Troschitz, M. Gude, ESAFORM 2021 (2021).
In Situ Computed Tomography—Analysis of a Single-Lap Shear Test with Clinch Points
D. Köhler, R. Kupfer, J. Troschitz, M. Gude, Materials 14 (2021) 1859.
Computed tomography investigation of the material structure in clinch joints in aluminium fibre-reinforced thermoplastic sheets
B. Gröger, D. Köhler, J. Vorderbrüggen, J. Troschitz, R. Kupfer, G. Meschut, M. Gude, Production Engineering (2021).
A New Non-destructive Testing Method Applied to Clinching
R. Lafarge, A. Wolf, C. Guilleaume, A. Brosius, Minerals, Metals and Materials Series (2021) 1461.
A Method for Characterization of Geometric Deviations in Clinch Points with Computed Tomography and Transient Dynamic Analysis
D. Köhler, B. Sadeghian, R. Kupfer, J. Troschitz, M. Gude, A. Brosius, Key Engineering Materials 883 (2021) 89–96.
A Method for Characterization of Geometric Deviations in Clinch Points with Computed Tomography and Transient Dynamic Analysis
D. Köhler, B. Sadeghian, R. Kupfer, J. Troschitz, M. Gude, A. Brosius, Key Engineering Materials 883 (2021) 89–96.
Computed tomography investigation of the material structure in clinch joints in aluminium fibre-reinforced thermoplastic sheets
B. Gröger, D. Köhler, J. Vorderbrüggen, J. Troschitz, R. Kupfer, G. Meschut, M. Gude, Production Engineering 16 (2021) 203–212.
In Situ Computed Tomography—Analysis of a Single-Lap Shear Test with Clinch Points
D. Köhler, R. Kupfer, J. Troschitz, M. Gude, Materials 14 (2021).
Clinching in In-situ CT – Experimental Study on Suitable Tool Materials
D. Köhler, R. Kupfer, J. Troschitz, M. Gude, ESAFORM 2021 (2021).
Characterisation of lateral offsets in clinch points with computed tomography and transient dynamic analysis
D. Köhler, B. Sadeghian, J. Troschitz, R. Kupfer, M. Gude, A. Brosius, Journal of Advanced Joining Processes 5 (2021).
Clinching in In Situ CT—A Novel Validation Method for Mechanical Joining Processes
D. Köhler, R. Kupfer, J. Troschitz, M. Gude, in: The Minerals, Metals & Materials Series, Springer International Publishing, Cham, 2022.
Joining Processes for Fibre-Reinforced Thermoplastics: Phenomena and Characterisation
J. Troschitz, B. Gröger, V. Würfel, R. Kupfer, M. Gude, Materials 15 (2022).
Characterisation of lateral offsets in clinch points with computed tomography and transient dynamic analysis
D. Köhler, B. Sadeghian, J. Troschitz, R. Kupfer, M. Gude, A. Brosius, Journal of Advanced Joining Processes 5 (2022) 100089.
Investigations on Combined in situ CT and Acoustic Analysis during Clinching
D. Köhler, R. Stephan, R. Kupfer, J. Troschitz, A. Brosius, M. Gude, in: Key Engineering Materials, Trans Tech Publications, Ltd., 2022, pp. 1489–1497.
Experimental Measurement Method and Evaluation of an Analytical Approach for Sound Conduction through Multiple Clinched Sheets
R. Stephan, A. Brosius, in: The 28th Saxon Conference on Forming Technology SFU and the 7th International Conference on Accuracy in Forming Technology ICAFT, MDPI, 2022.
Approach to Determine the Characteristic Dimensions of Clinched Joints by Industrial X-ray Computed Tomography
M. Busch, D. Köhler, T. Hausotte, R. Kupfer, J. Troschitz, M. Gude, in: 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).
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).
Investigations on Combined <i>In Situ</i> CT and Acoustic Analysis during Clinching
D. Köhler, R. Stephan, R. Kupfer, J. Troschitz, A. Brosius, M. Gude, Key Engineering Materials 926 (2022) 1489–1497.
Approach to Determine the Characteristic Dimensions of Clinched Joints by Industrial X-ray Computed Tomography
M. Busch, D. Köhler, T. Hausotte, R. Kupfer, J. Troschitz, M. Gude, E-Journal of Nondestructive Testing 27 (2022).
Untersuchung zum Einfluss radioopaker Zwischenschichten bei der in-situ CT geclinchter Verbindungen
D. Köhler, R. Kupfer, J. Troschitz, M. Gude, in: M. Zimmermann (Ed.), Tagungsband zur Werkstoffprüfung 2022, Dresden, 2022.
Clinching in In Situ CT—A Novel Validation Method for Mechanical Joining Processes
D. Köhler, R. Kupfer, J. Troschitz, M. Gude, in: The Minerals, Metals & Materials Series, Springer International Publishing, Cham, 2022.
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.
Comparison of ex- and in-situ investigations of clinched single-lap shear specimens
D. Köhler, R. Kupfer, J. Troschitz, M. Gude, in: Materials Research Proceedings, Materials Research Forum LLC, 2023.
In-situ Computed Tomography and Transient Dynamic Analysis of a Single-Lap Shear Test with a Composite-Metal Clinch Point
D. Köhler, R. Stephan, R. Kupfer, J. Troschitz, A. Brosius, M. Gude, in: Lecture Notes in Production Engineering, Springer International Publishing, Cham, 2023.
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Prof. Dr.-Ing. Alexander Brosius

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Teilprojekt B01, C04

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