Untersuchungen zur Auslegung und Tragfähigkeit von durchsetzgefügten Blechverbindungen unter Moment- und Schubbelastung:
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1992
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Autor: Meschkat, Hans-Reinhard
Jahr: 1992
I
INHALT Seite
0. Verwendete Zeichen und Abkürzungen V
1. Einleitung 1
2. Stand der Erkenntnisse 3
2.1 Entwickeln von Fügeverbindungen in Fensterhebern 3
2.2 Buckel schweißen 4
2.2.1 Verfahrensprinzip 4
2.2.2 Buckel schweißen am Fensterheber 4
2.2.3 Probleme beim Buckel schweißen 6
2.2.4 Berechnen von Punktschweißverbindungen 7
2.3 Durchsetzfügen 8
2.3.1 Durchsetzfügeverfahren 8
2.3.2 Tragfähigkeit von Durchsetzfügungen 11
2.3.3 Berechnen von Durchsetzfügeverbindungen 12
3. Bisherige Vorgehensweise bei* Einsatz des Durchsetzfügens
an Automobilfensterhebern 14
3.1. Allgemeine Vorgehensweise bei der Untersuchung einer bisher
in der Fertigung nicht eingesetzten Fügetechnik 14
3.2 Vorgehensweise beim Durchsetzfügen 16
3.2.1 Wirtschaftlichkeit 16
3.2.2 Umweltverträglichkeit 17
3.2.3 Intergrierbarkeit in der Fertigung 18
3.3 Überprüfen der Eignung des Durchsetzfügens für die Her¬
stellung der vorgesehenen Produkte 19
3.3.1 Auswahl der Testverfahren 19
3.3.2 Ergebnisse der Eignungstests 22
3.4 Entwicklung durchsetzgefügter Fensterheberbaugruppen bis
zur Serienreife 23
4. Ziel und Abgrenzung der vorliegenden Arbeit 27
II
5. Vorgehensweise bei der Festlegung der Probenkörper und der
Testvorrichtung 30
5.1 Auswahl der zu untersuchenden Baugruppe 30
5.2 Beschreibung der zu untersuchenden Baugruppe 32
5.3 Entwurf von Probengeometrien und Testvorrichtungen zur
Simulation der Anstrengungsverhältnisse im realen Bauteil 35
5.3.1 Probengeometrie und TestVorrichtung 35
5.3.2 Analyse der Bauteilbei astung 36
5.3.3 Aufbau des Probenkörpers und der Testvorrichtung 41
5.4 Auflistung möglicher Einflüsse auf die Testergebnisse, die
durch die Vorrichtung und die Proben entstehen 46
6. Berechnung der Durchsetzfügeverbindungen »it Hilfe
der FE-Hethode 49
6.1 Aufbau von Ersatzmodellen für den TOX-Fügepunkt 49
6.2 Experimentelle Verifikation der durchgeführten Modell¬
bildungen 52
6.3 Berechnung der Schnittkräfte an den Fügeelementen eines realen
Bauteils mit Hilfe des Volumenersatzmodells 55
6.3.1 Auswahl des Bauteils und Aufbau des FE-Modells 55
6.3.2 Schnittkräfte an den Fügeelementen bei unterschiedlicher
Punktanordnung am realen Bauteil 56
6.3.3 Verlagerung der Kraft aus der Blechebene 61
6.4 Berechnung der Schnittkräfte an den Fügeelementen der Proben-
körper mit Hilfe des Balkenersatzmodells 62
6.4.1 Vergleich zwischen Volumen- und BaikenerSatzmodell 62
6.4.2 Vergleich zwischen den FE-Berechnungen am Probenkörper und am
realen Bauteil 64
6.4.3 Untersuchung verschiedener Randbedingungen der Experimente
und Auswahl der Testvorrichtung bzw. des Probenkörpers 66
7. Analytischer Ansatz zur Berechnung von ¦owntbelasteten
Verbindungen 74
7.1 Berechnung der Beanspruchung des Einzelpunktes
in einer Mehrpunktverbindung 74
III
7.2 Messung von Kräften an den einzelnen Verbindungspunkten
einer momentbelasteten Mehrpunktverbindung 79
7.2.1 Vorrichtung zur Simulation des Verhaltens von Mehrpunkt-
fügeverbindungen 79
7.2.2 Ermittlung der unter Last zurückgelegten Wege der Füge¬
punkte 80
7.2.3 Durchführung der Versuche 82
7.3 Ergebnisse der Messungen mit der Simulationsvorrichtung 83
8. Numerische Berechnung und Bewertung verschiedener Ver¬
bindungen 88
8.1 Vergleich zwischen der analytischen und numerischen
Berechnung der Schnittkräfte an den Fügeelementen 88
8.1.1 Vergleich der mit Hilfe von Volumenelementen und der
analytisch berechneten Schnittkräfte am realen Bauteil 91
8.1.2 Vergleich zwischen den Berechnungen am realen Bauteil
mit Hilfe von Volumen- und Balkenersatzmodellen 95
8.1.3 Darstellung der Berechnungsergebnisse an den Probenkörpern 97
8.2 Vereinfachtes FE-Berechnungsmodell zum Abschätzen
verschiedener Einflußfaktoren 99
8.2.1 Vergleich der Berechnungsergebnisse zwischen dem verein¬
fachten FE-Modell und dem Balkenersatzmodell 99
8.2.2 Aussagefähigkeit der Berechnungsergebnisse mit dem
vereinfachten Modell 100
8.3 Untersuchung verschiedener Faktoren, die die Schnitt¬
kräfte an den Fügeelementen beeinflussen 101
8.3.1 Untersuchung rechteckiger Fügeelementanordnungen 102
8.3.2 Untersuchung trapezförmiger Fügeelementanordnungen 105
8.3.3 Einfluß der Probenbreite auf die Schnittkräfte 106
8.3.4 Untersuchung des Einflusses der Probensteifigkeit auf 111
die Schnittkraftverteilung
8.4 Untersuchung einer Verbindung mit 3 Fügeelementen 115
8.5 Zusammenfassung und Bewertung der Ergebnisse 116
9. Durchführung von Bauteiltests «it Probenkörpem 118
9.1 Herstellung der Verbindungen 118
9.1.1 Festlegung der Werkzeuge 118
9.1.2 Festlegen der Fügeparameter 118
IV
9.2 Auswahl und Herstellung der Verbindungen für die experi¬
mentellen Versuche mit dem Probenkörper Hebel-Segment 126
9.3 Ergebnisse der experimentellen Versuche 127
10. Vergleich zwischen Berechnung und Versuchsergebnissen 130
10.1 Definition der Vergleichsbasis 130
10.2 Vergleich der gemessenen und der berechneten Kräfte 134
11. Lebensdauertest «it eine* durchsetzgefügten Fensterheber 137
12. Zusammenfassung 142
13. Literatur 144
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