A172

Experimentelle Bestimmung und rechnerische Vorhersage des Tragverhaltens punktgeschweißter Bauteile aus Stahlblechverbindungen unter Crashbelastung mit Hilfe von Ingenieurkonzepten

(A172 S 24/10020/01)

Laufzeit der Forschungsarbeiten: 01. Januar 2002 - 31. Dezember 2003

Die rechnerische Bemessung des Trag- und Versagensverhaltens crashrelevanter Strukturen im Automobil gewinnt aufgrund steigender Anforderungen an die Fahrzeuginsassenabsicherung bei hohen Crashgeschwindigkeiten immer mehr an Bedeutung. Grundlage für die crashsichere Auslegung der Fahrzeugstruktur sind heute umfangreiche Computersimulationen des Gesamtfahrzeuges unter realistischen Bedingungen. Eine immer weiter fortschreitende Entwicklung der Rechnertechnik und der Simulationsmethoden bietet dabei die Möglichkeit, immer feinere Strukturen zu modellieren und zu simulieren. Die experimentelle Kennwertermittlung als Lieferant von technologischen Eingangsdaten für den Einsatz in Simulationen gewinnt somit an Bedeutung. Anders als bei statischer Belastung ist die Ermittlung von Kennwerten unter Crashbelastung schwierig, da sich dynamische Überlagerungen, ausgelöst durch Einflüsse aus dem Prüfsystemaufbau, ergeben und somit die ermittelten Kennwerte verfälschen können.

Ziel des Projektes war die experimentelle Bestimmung und rechnerische Vorhersage des Tragverhaltens punktgeschweißter Bauteile aus Stahlblechverbindungen unter Crashbelastung am Beispiel dreier unterschiedlicher Werkstoffpaarungen.

In der ersten Projektphase wurde das FE-Modell des Hochgeschwindigkeitsprüfsystems erstellt und durch weniger komplexe Versuche kalibriert. Mit Hilfe dieses FE-Modells wurden Optimierungsmaßnahmen für den experimentellen Prüfsystemaufbau abgeleitet, um Einflüsse aus dem experimentellen Prüfsystemaufbau auf das Ergebnis wesentlich zu verringern.

In der zweiten Projektphase wurden mit dem optimierten Prüfsystem Untersuchungen an punktgeschweißten KS2-Einelementproben aus höherfesten und duktilen Werkstoffen durchgeführt. Dabei wurden Belastungsgeschwindigkeiten und Lasteinleitungswinkel variiert. Die Untersuchungen an KS2-Einelementproben wurden auf einer Hochgeschwindigkeitsprüfmaschine vom Typ Instron VHS25/20 durchgeführt.

Anschließend erfolgte die Simulation des Tragverhaltens der KS2-Einelementproben mit Berücksichtigung des Prüfsystemaufbaus. Ziel war es, Kennwerte für die unter Crash belasteten Punktschweißverbindungen direkt am FE-Modell des Schweißpunkts zu ermitteln, die bereinigt von Einflüssen des Prüfsystemaufbaus waren und als Eingangsdaten für Schweißpunktersatzmodelle in FEM Berechnungen dienten. Die Berechnungen wurden mit PAMCRASH V2001.1a durchgeführt.

In der dritten Projektphase erfolgte die Verifikation der Vorgehensweise zur Kennwertermittlung mit Hilfe der FE-Simulation. Hier wurden Crashsimulationen an bauteilähnlichen punktgeschweißten T-Stoß-Proben unter verschiedenen Lastrichtungen mit Versagen der Schweißpunktverbindung durchgeführt. Die anschließende Verifikation der T-Stoß Simulationsergebnisse zeigte eine gute Übereinstimmung der Ergebnisse. Die Schweißpunktversagenszeitpunkte und die Schweißpunktversagensreihenfolge konnten mit der Simulation näherungsweise ermittelt werden. Durch den Vergleich des globalen Verformungsverhaltens der T-Stoß-Proben aus Simulation und Experiment erfolgte eine visuelle Verifikation. Die Versuche an bauteilähnlichen T-Stoß-Proben wurden auf einem MTS-Schlittenprüfstand durchgeführt.

Zusätzlich wurden auch Bauteil- und Gesamtfahrzeugsimulationen seitens der Industriepartner durchgeführt. Die Vielschicht der für ein Gesamtfahrzeug notwendigen Füge-paarungskennwerte wurde dabei durch Interpolation werkstoffmechanischer Kennwerte bestimmt.

Derzeit werden im Rahmen der Gemeinschaftsforschung weitere Untersuchungen zu dieser Thematik durchgeführt, in die auch die Ergebnisse des abgeschlossenen Vorhabens einfließen.

Forschungsstelle 1:
Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik (LWF) Universität Paderborn
www.lwf.uni-paderborn.de
 
Forschungsleiter 1:
Prof. Dr.-Ing. O. Hahn (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

Internet:
www.lwf.uni-paderborn.de/uploads/media/FATA172.pdf