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P 1205 – Charakterisierung des Tragverhaltens von Widerstandspunktschweißverbindungen ultrahochfester Stähle unter zyklischer Belastung sowie Erarbeitung eines Berechnungskonzepts zur Schwingfestigkeit

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ISBN: 978-3-96780-061-6 Artikelnummer: a4e3e6e99ea5 Kategorien: ,

Beschreibung

P 1205 – Charakterisierung des Tragverhaltens von Widerstandspunktschweißverbindungen ultrahochfester Stähle unter zyklischer Belastung sowie Erarbeitung eines Berechnungskonzepts zur Schwingfestigkeit

Getrieben durch die CO2-Gesetzgebung und die wachsenden Anforderungen an die Fahrzeugsicherheit, die Funktionalität und den Komfort besteht ein wesentlicher Lösungsansatz des Karosserieleichtbaus bei der Reduzierung der Fahrzeuggesamtmasse. Deshalb sind innovative  Karosserieleichtbaukonzepte mit Stahlvarianten wie die ultrahochfesten Dual- und Complexphasenstähle erforderlich, die durch ihre herausragende Festigkeit bei gleichzeitig guten Umformeigenschaften eine wirksame Gewichtseinsparung ermöglichen. Da Kenntnisse zum Widerstandspunktschweißen
dieser Stähle, insbesondere im Bereich der Schwingfestigkeit, nur im begrenzten Umfang verfügbar sind, helfen die ermittelten Ergebnisse im Rahmen des Vorhabens, diese Verbindungstechnik weiter mit Erfolg einzusetzen. Gerade für kleine und mittelständische Unternehmen sind  Schwingfestigkeitskennwerte vom großen Nutzen, da diese nicht über die erforderlichen Kenntnisse und Kapazitäten verfügen.
Zur Abdeckung eines breiten Anwendungsspektrums sowie aus Gründen der Vergleichbarkeit bzw. Ergänzung der bisherigen Erkenntnisse wurden Untersuchungen mit Hilfe des LWF-KS-2-Prüfkonzepts unter zyklischer Belastung durchgeführt. Schwingfestigkeitskennwerte von Punktschweißverbindungen dieser Stähle, ermittelt mit Hilfe des LWF-KS-2-Prüfkonzepts, liegen bislang nicht vor und bilden die Grundlage für das Vorhaben. Experimentelle Untersuchungen bedeuten generell durch den benötigten Versuchsumfang und die Versuchsdauer einen großen finanziellen Aufwand, weshalb im Rahmen des Vorhabens analytische Berechnungsmethoden für die Auslegungsprozesse entwickelt und entsprechende Konstruktionshinweise gegeben wurden. Um auf analytischem Weg eine effiziente und praxisnahe Auslegung punktgeschweißter Verbindungen zu realisieren, wurde das bestehende Regelwerk, der „Rechnerische Festigkeitsnachweis für Maschinenbauteile“, kurz die FKM-Richtlinie, herangezogen und erweitert. Durch eine entsprechende Übertragungsfunktion wurde der Anwender in die Lage versetzt, mit kostengünstig zu ermittelnden Kennwerten seiner Verbindung (z.B. quasistatische Kennwerte) oder geeigneten Literaturwerten die Bauteilwechselfestigkeit sukzessive die Bauteilbetriebsfestigkeit für den konkreten Anwendungsfall zu berechnen.
Über das eigentliche Forschungsziel hinaus wurde auch der Rissinitiierungsort analysiert und der weitere Rissverlauf untersucht. Das Versagensverhalten vom Anriss bis zum Komplettversagen der Punktschweißverbindungen konnte mit der Abschaltung nach charakteristischen Änderungen der Steifigkeit bzw. der Frequenz bestimmt und bei der Auslegung in Anlehnung an die FKM-Richtlinie berücksichtigt werden. Durch einfache, ingenieurmäßige Annahmen und die Abschätzung von Faktoren war es möglich, für die untersuchten Punktschweißverbindungen analytische Berechnungsergebnisse mit den experimentell ermittelten Ergebnissen zu vergleichen bzw. zu verifizieren. Insbesondere in den Bereichen der Konstruktion und der Auslegung von Punktschweißverbindungen stehen die ermittelten Kennwerte dem Anwender zur Verfügung und erweitern die Anwendbarkeit der FKM-Richtlinie. Vor diesem Hintergrund ermöglichen die durchgeführten Untersuchungen eine effiziente und wirtschaftliche Entwicklung punktgeschweißter Komponenten aus den ultrahochfesten Dual- und Complexphasenstählen.

Veröffentlichung:
2019

Autoren:
Prof. Dr.-Ing. G. Meschut