A212

Örtlich ertragbare Beanspruchungen bei Spannungskonzentrationen in Karosseriebauteilen aus hoch- und höherfesten Stählen

(A212 S 24/10072/2003)

Laufzeit der Forschungsarbeiten: 1. April 2004 - 31. Januar 2007

In der Automobilindustrie werden in immer größerem Maße hoch- und höchstfeste Stähle eingesetzt, die sich durch gute Festigkeiten und Umformeigenschaften auszeichnen. Dadurch neh-men sie eine wichtige Rolle in der Bestrebung ein, Leichtbau im Fahrzeug zu realisieren.

Da die Entwicklungszyklen aufgrund des zunehmenden Wettbewerbsdrucks immer kürzer wer-den, gewinnt der Einsatz von Berechnungsmethoden zur Lebensdauerbeurteilung immer mehr an Bedeutung. Dies erfordert eine quantitative und qualitative Bewertung der Berechnungsergebnisse, was jedoch voraussetzt, dass Kennwerte vorhanden sind, die das Werkstoffverhalten z.B. bei Kerben zutreffend beschreiben.

Damit werden hohe Anforderungen an die Aussagefähigkeit der Werkstoffkennwerte gestellt. Die Verfügbarkeit und die Qualität der Werkstoffkennwerte entscheiden heute somit über den Einsatz der Stähle im Fahrzeugbau.

Das Forschungsprojekt diente dazu, für die Kaltbandsorten H220BD+Z und HXT800T+ZE so-wie für die Warmbandsorte MSW 1200 die Datenbasis für Lebensdauerberechnungen zu erweitern. Als Grundlage hierzu wurden kraftgeregelte Schwingfestigkeitsversuche (konstante und variab-le Amplituden) an Proben unter Berücksichtigung unterschiedlicher Werkstoffzustände (ungereckt/gereckt mit 10% für H220BD+Z und HXT800T+ZE sowie 2,5% für MSW 1200), Kerbformzahlen (Kt=1,0/2,5/4,5) sowie Lastverhältnisse (R=0 bzw. -1) durchgeführt und die Ergebnisse in Form von Wöhler- und Gaßnerlinien dargestellt.
Aus den Versuchsergebnissen lässt sich insgesamt ableiten, dass tendenziell bei ungekerbten bzw. schwach gekerbten Proben eine geringe Steigerung der Schwingfestigkeit durch die vorangehende Umformung festzustellen ist. Der Einfluss der Umformung auf die Mittelspannungsempfindlichkeit ist ebenfalls gering. Sowohl bei Versuchen mit konstanter als auch mit variabler Amplitude wird kein Einfluss der Umformung beobachtet. Für ungekerbte Proben ist der Einfluss der Umformung in gleichem Maße aus dehnungsgeregelten und spannungsgeregelten Versuchen erkennbar.

Da die Schadensakkumulations-Hypothese nach Palmgren/Miner in der Praxis häufige Anwen-dung findet, wurden die Schädigungssummen gemäß Miner (original/ elementar/ modifiziert mit 2k-1) berechnet und die Ergebnisse in tabellarischer Form zusammenfasst. Weitere wichtige Kenngrößen für eine Lebensdauerabschätzung sind die Kerbwirkungszahlen, die Stützziffern sowie die Mittelspannungsempfindlichkeiten, die aus den Versuchsdaten ebenfalls ermittelt wurden und in Form von Tabellen und Diagrammen (Haigh-Diagramme) dargestellt sind.

Für die Übertragbarkeit von Kennwerten aus Probenversuchen auf Bauteile wurde für alle Werkstoffe eine Korrelation der ertragbaren örtlichen Vergleichsspannungen mit dem höchstbeanspruchte Werkstoffvolumens HBV (V90%) vorgenommen. Die Berechnung des HBV der Probengeometrien erfolgte mit Hilfe von FE-Analysen.

Aus allen Wöhlerlinien wurden für N=5.106 die Nennspannungsamplituden ermittelt, in örtliche Vergleichsspannungsamplituden nach von-Mises umgerechnet und über V90% aufgetragen. Über das HBV des Bauteils lässt sich aus diesem Diagramm die ertragbare Vergleichsamplitude ermitteln und somit der spannungsmechanische und statistische Größeneinfluss berücksichtigen.

Mit den Ergebnissen des vorliegenden Projektes liegt für die Werkstoffe H220BD+Z, HXT800T+ZE sowie für MSW1200 zum einen eine umfangreiche experimentelle Datenbasis vor, die verschiedene Formzahlen, Werkstoffzustände und Lastverhältnisse berücksichtigt. Auf dieser Grundlage wurden zum anderen wichtige Kenngrößen abgeleitet, deren Kenntnis für eine zutreffende Lebensdauerabschätzung notwendig ist.

Die Darstellung der Ergebnisse in Form von Wöhler- und Gaßnerlinien, Haigh-Diagrammen sowie in tabellarischer Form erleichtert die praktische Handhabung.

Forschungsstelle 1:
Fraunhofer Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (LBF)
www.lbf.fraunhofer.de
 
Forschungsleiter 1:
Prof. Dr.-Ing. C.M. Sonsino

Forschungsstelle 2:
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
www.bam.de
 
Forschungsleiter 2:     
-
 
Forschungsstelle 3:
Institut für Maschinelle Anlagentechnik und Betriebsfestigkeit (IMAB) TU Clausthal
www.imab.tu-clausthal.de
 
Forschungsleiter 3:

(vorgelegt vom Verband der Automobilindustrie e.V. (VDA) für Forschungsvereinigung Automobiltechnik e.V. (FAT))

Das Forschungsvorhaben wurde gefördert von der Stiftung Stahlanwendungsforschung im Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft e.V.

Bezugsquelle Schlussbericht:
bitte wenden Sie sich an die AVIF