Das Stanznieten mit Halbhohlniet hat als Alternative zu konventionellen Fügetechniken im Fahrzeugbau (Leichtbauweise) an Bedeutung gewonnen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist einerseits die Schaffung eines Verständnisses für die spezifischen Probleme der Stanznietverbindung, andererseits die Erarbeitung von erforderlichen Grundlagen für eine Auslegung stanzgenieteter Aluminiumbauteile nach Dauerhaltbarkeits-Gesichtspunkten. Dabei wurde eine Grundkombination aus den beiden Materialien AlMg5Mn (AA5182-0) und AlMg0,4Si1,2 (AA6016-T4) verwendet. Untersucht werden schwerpunktmäßig drei Themenbereiche. Der erste umfasst die Ermittlung von Stanznietverbindungskennwerten unter wechselnder Belastung. Durch experimentelle Untersuchungen an KS2-Proben wurden mittels gezielter Parametervariationen, wie der Veränderung der Belastungsrichtung, der Blechdicke, der Fügerichtung, der Probenbreite sowie des verwendeten Fügesystems deren Einflüsse auf die Ermüdungsfestigkeit der Verbindung untersucht und Kennwerte ermittelt. In einem zweiten Themenbereich wurde abweichend von den üblichen Black-Box-Methoden eine genauere Betrachtung weiterer Einflußfaktoren vorgenommen, die diese Beanspruchbarkeit maßgeblich bestimmen und bislang weniger Berücksichtigung fanden. Eine besondere Bedeutung kam hierbei der Untersuchung der werkstoffbestimmten Einflüsse zu, da die Stanznietverbindung im allgemeinen aus drei verschiedenen Werkstoffen besteht, dem stempelseitigen Fügeteilwerkstoff, dem matrizenseitigen Fügeteilwerkstoff sowie dem Nietwerkstoff. Untersucht wurde, welche Reaktion jede einzelne Verbindungskomponente auf eine wechselnde Belastung hat, wie sich diese gegenseitig beeinflussen und wo die versagensrelevante Schädigung auftritt. Hierfür wurden spezielle Probenformen entwickelt, die eine differenzierte Charakterisierung des Werkstoffs ermöglichten. Dabei wurden die Kerbwirkungsunterschiede einer durch Stanznieten erzeugten Lochung im Vergleich zu einer einfachen Lochkerbe aufgezeigt. In diesem Zusammenhang wurde auch der Einfluß von Vorspannungen bzw. Eigenspannungen untersucht, welche zu einer deutlichen Minderung der Kerbwirkung geführt haben. Der dritte Themenbereich betraf die rechnerische Beanspruchungsermittlung mittels FEM-Simulation. Zum einen wurde eine detaillierte Untersuchung verfolgt, bei der die lokalen mechanischen Eigenschaften der Verbindung durch eine vollständige 3D-Modellierung nachgebildet wurden, zum anderen die industrielle, bei der die Verbindung nicht im Detail betrachtet wurde, sondern mittels einfacher Ersatzmodelle idealisiert worden ist. Im Rahmen der industriellen Vorgehensweise wurden zwei verschiedene Ersatzmodelle entwickelt und untersucht. Das erste Modell wurde mit Hilfe von Schalen- und starren Balkenelementen nachgebildet und stellte eine von den Punktschweißmodellen abgeleitete Variante dar. Beim zweiten Modell erfolgte eine realitätsnahere Nachbildung der Stanznietverbindung durch die Verwendung von Schalenmodellen, wobei der Kontakt zwischen Niet und stempelseitigem Blech Berücksichtigung fand. Dieses Ersatzmodell lieferte bei höherem Berechnungsaufwand wesentlich bessere Ergebnisse hinsichtlich der Steifigkeitsnachbildung.
Beitrag zur ermüdungsgerechten Auslegung stanzgenieteter Aluminium-Leichtbaukonstruktionen
2004
166 Seiten, Bilder, Tabellen, 110 Quellen
Hochschulschrift
Deutsch
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