Grundlagen des umformtechnischen Fügens und Vorspannens von Blechstrukturen mit FKV-Spanngliedern:
Saved in:
| Main Author: | |
|---|---|
| Format: | Thesis Book |
| Language: | German |
| Published: |
Düren
Shaker Verlag
2022
|
| Series: | Berichte aus Produktion und Umformtechnik
Band 131 |
| Subjects: | |
| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Physical Description: | X, 193 Seiten Illustrationen 21 cm x 14.8 cm, 311 g |
| ISBN: | 9783844087369 3844087362 |
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Grundlagen des umformtechnischen Fügens und Vorspannens
von Blechstrukturen mit FKV-Spanngliedern
Vom Fachbereich Maschinenbau
an der Technischen Universität Darmstadt
zur
Erlangung des Grades eines Doktor-ingenieurs (Dr -Ing )
genehmigte
Dissertation
vorgelegt von
Henning Husmann
aus Eberbach
Berichterstatter: Prof Dr -Ing Dipl -Wirtsch -Ing Peter Groche
Mitberichterstatter: Prof Dr -Ing Prof h c Stefan Böhm
Tag der Einreichung: 25 04 2022
Tag der mündlichen Prüfung: 12 07 2022
Darmstadt 2022
D17
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis I
Formelzeichen und Abkürzungen Vv
1 Einleitung uesesernnesnennesssonsnsnnnnnnnnonn 1
2 Stand der Technik und der Forschung :cccccssessscessssesesssceesesteresseeres 4
2 1 Vorspannung lasttragender Strukturen ccccccesccsseseseessesecesaseerseeanees 4
211 Definition und Abgrenzung der Vorspannung
212 Wirkprinzipien und Nutzen der Vorspannung :cccsceeceereeees 6
213 Vorspannung biegebelasteter Tragstrukturen cccceeserees 8
214 FRV-Spannglieder cc eccececscessssssesscssscesessesessenecsesneaeseesseesenes 12
215 Verankerungssysteme fiir FKV-Spannglieder ccccccscceecees 15
216 Der Schlaufenanschluss rsenesnssssnsnnenseennennennnennnnnennnnne 16
2 2 Verfahren der BlechUMfOrMUNG ccccsccessesesesnesessesesetsnsstercasescsreee 26
221 Tiefziehen nenesnenennnenseenesseseenenensonennnenennnnnssnssnsnsnennsannenn 26
222_ Karosserieteilziehen ueseseensenseneesenensensnenennsenensnnennennn 30
223 Kragenziehen cussnessennensnensersnenesnnsnsensenesssrnnnnensensanananenen 31
2 3 Fertigung mit Stegen versteifter Blechstrukturen cesessesenennensenennenn 33
231 Leichtbaunutzen von Stegen ununeennessensennensennnnennennennenannane 33
232 Unterteilung der Fertigungsrouten von Stegblechstrukturen 33
233_ Stegblechumformung essesenserssnsenennennnosnnnnnenennennsannennunenannne 35
2 4 Figen im Hybridleichtbau cc cscssecssesesssesesesesssescensesessanseseesssseees 38
241 Einordnung des Fügens durch Umformen neeescanensennesnnenn 39
242 Mechanisches Fiigen durch Umformen cccccescssseseereeeees 39
243_ Fügen von Faser-Kunststoff-Verbunden und Metallblechen 43
3 Motivation, Zielsetzung und Vorgehensweise 47
3 1 Motivation nesnsensnnusnnensennennnnennnnnennennunsnnennnssennenennnnnnsossnnsesnanannann 47
Inhaltsverzeichnis
4 Ansätze zum umformtechnischen Fügen und Vorspannen hybrider
Tragstrukturen ucnnsssnsnssnesssssnnneonsannnnnnesnenensnnennennennnnunnnnnnnunesnnsnnnnnennenn tra 51
4 1 Analyse vorzugsbelasteter Blech-Tragstrukturen eeee 52
4 2 Vorbetrachtung des Füge- und Vorspannmechanismus : 54
421 Berechnung der Vorspannkraft in Abhängigkeit der Dehnung 56
422 Berechnung der erforderlichen Strukturdehnung und Zugkraft zur
Erzeugung einer definierten Vorspannung 57
423 Ergebnis der analytischen Vorbetrachtung enee: 58
4 3 Analyse etablierter Blech-Umformverfahren eneeee: 61
4 4 Herausforderungen beim Fügen und Vorspannen und Anforderungen
an Fertigungskonzepte
4 5 Identifikation von Vorspannkonzepten und -prozessen
451 Ausreichende, plastische Dehnungen in Spanngliedrichtung 66
452 Unzureichende, plastische Dehnungen in Spanngliedrichtung 68
5 Materialien, Anlagen, Versuchsstände und Methoden „u 71
5 1 Versuchsmaterialien eeneeneseneeennenseeene nenne 71
5 2 Versuchsanlagen
5 3 Gestalt und Fertigung der Proben
531 Proben zur Untersuchung des Fügens und Vorspannens von
Stegblechstrukturen
532 Proben beim Fügen und Vorspannen durch Weiten eines
umschlungenen Kragens neneneneenense mern 75
5 4 Versuchs- und Messaufbauten
5 5 Numerische Modellierung rennen 79
6 Vorspannung von Stegblech-Tragstrukturen uuenseneserenssrseenenenne 84
6 1 Bestätigung des Vorspannmechanismus eeenenntenne 84
6 2 Analytische Modellierung des Vorspannens im Zugversuch - 87
6 3 Ermittlung von Einflussfaktoren auf die Vorspannkraft neee 88
wd
oOo oo
Inhaltsverzeichnis
6 4 Wirkprinzip deformierbarer Koppel-Elemente unceneneenneennnene 95
6 5 Spannungszustände in Blech und Schlaufe
651 Spannungsverteilungen im Stegblech nesneenenseneesennee 99
652 Belastung ein- und mehrlagiger Schlaufen bei Verwendung starrer
Koppel-Elemente 20msnernnnsnnensnonnannrnnnnnerennnernenensansnasasarssesnsnassensnn 100
653 Belastung ein- und mehrlagiger Schlaufen bei Verwendung
deformierbarer Koppel-Elemente -uusssscnssnnssnsonsnäennnnnannennennnnenn 102
6 6 Prozessgrenzen und Fehlerbilder u nnssnnennennnennnnesnennen sense 105
6 7 Versteifungs- und Verstärkungswirkung uueseneesssnesnunsesenserunennene 108
Vorspannung von Blech-Tragstrukturen durch Weiten eines Kragens
7 1 Bestätigung des wirksamen Vorspannmechanismus 111
7 2 Analytische Modellierung des Vorspannprozesses
7 3 Identifikation und Validierung von Einflussfaktoren - - 116
7 4 Einfluss des Spanngliedes auf die Blechumformung „ne 120
7 5 Spannungsverteilung in der Schlaufe usnsssneenseeneenseneeneennennennn 123
7 6 Analytische Beschreibung der Schlaufenspannungen u e 127
761 Tangentialspannungsverlauf in der neutralen Schlaufenfaser 127
762 Biegespannungen in den Kragenbereichen n o 133
7 7 Prozessgrenzen und Fehlerbilder nesrssereneeneenneneennennernennennenns 137
7 8 Verstarkungs- und Versteifungswirkung ueersersennenseneneeneeneereenennnan 139
7 9 Anwendungsdemonstration urersensesnsennsenneersnennennannenssonenernonnen 140
Zusammenfassung und Ausblick esesesssessersonsoonnnnsnnennnnunnnnnnannanennenne 146
Anhang ueserserssrnnnnensonsnesnennersnnnnsnnennnnnnrnnsnnonnonsonsanrnssnsssensonsonessnasensatene 150
9 1 Materialkennwerte gebräuchlicher Matrixsysteme nennen 150
9 3 Vorspannung von Trägern mit FKV-Spanngliedern
9 4 Verankerungssysteme für FKV-Spannglieder u unseereenee 156
Inhaltsverzeichnis
9 5 Spannungsanalyse auf Basis des auf Innendruck belasteten Rohres
nach Schürmann uneenseneneeneenenenesensnennenensntrner nennen nennen 158
9 9 Validierung des FE-Modells zur Vorspannung von Stegblechstrukturen
im Zugversuch cceseennenennnenenenneennennenennese nennen 165
9 10 Ergebnisse der numerischen und der analytischen Parametervariation
(zu Abschnitt 7 3)
9 11 Umformgrade am geweiteten, nicht-umschlungenen Kragen 168
9 12 Spannungsüberhöhungen in der Schlaufe aufgrund asymmetrischer
Kragendeformationen
10 Literaturverzeichnis |
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Grundlagen des umformtechnischen Fügens und Vorspannens
von Blechstrukturen mit FKV-Spanngliedern
Vom Fachbereich Maschinenbau
an der Technischen Universität Darmstadt
zur
Erlangung des Grades eines Doktor-ingenieurs (Dr -Ing )
genehmigte
Dissertation
vorgelegt von
Henning Husmann
aus Eberbach
Berichterstatter: Prof Dr -Ing Dipl -Wirtsch -Ing Peter Groche
Mitberichterstatter: Prof Dr -Ing Prof h c Stefan Böhm
Tag der Einreichung: 25 04 2022
Tag der mündlichen Prüfung: 12 07 2022
Darmstadt 2022
D17
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis I
Formelzeichen und Abkürzungen Vv
1 Einleitung uesesernnesnennesssonsnsnnnnnnnnonn 1
2 Stand der Technik und der Forschung :cccccssessscessssesesssceesesteresseeres 4
2 1 Vorspannung lasttragender Strukturen ccccccesccsseseseessesecesaseerseeanees 4
211 Definition und Abgrenzung der Vorspannung
212 Wirkprinzipien und Nutzen der Vorspannung :cccsceeceereeees 6
213 Vorspannung biegebelasteter Tragstrukturen cccceeserees 8
214 FRV-Spannglieder cc eccececscessssssesscssscesessesessenecsesneaeseesseesenes 12
215 Verankerungssysteme fiir FKV-Spannglieder ccccccscceecees 15
216 Der Schlaufenanschluss rsenesnssssnsnnenseennennennnennnnnennnnne 16
2 2 Verfahren der BlechUMfOrMUNG ccccsccessesesesnesessesesetsnsstercasescsreee 26
221 Tiefziehen nenesnenennnenseenesseseenenensonennnenennnnnssnssnsnsnennsannenn 26
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2 3 Fertigung mit Stegen versteifter Blechstrukturen cesessesenennensenennenn 33
231 Leichtbaunutzen von Stegen ununeennessensennensennnnennennennenannane 33
232 Unterteilung der Fertigungsrouten von Stegblechstrukturen 33
233_ Stegblechumformung essesenserssnsenennennnosnnnnnenennennsannennunenannne 35
2 4 Figen im Hybridleichtbau cc cscssecssesesssesesesesssescensesessanseseesssseees 38
241 Einordnung des Fügens durch Umformen neeescanensennesnnenn 39
242 Mechanisches Fiigen durch Umformen cccccescssseseereeeees 39
243_ Fügen von Faser-Kunststoff-Verbunden und Metallblechen 43
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3 1 Motivation nesnsensnnusnnensennennnnennnnnennennunsnnennnssennenennnnnnsossnnsesnanannann 47
Inhaltsverzeichnis
4 Ansätze zum umformtechnischen Fügen und Vorspannen hybrider
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4 1 Analyse vorzugsbelasteter Blech-Tragstrukturen eeee 52
4 2 Vorbetrachtung des Füge- und Vorspannmechanismus : 54
421 Berechnung der Vorspannkraft in Abhängigkeit der Dehnung 56
422 Berechnung der erforderlichen Strukturdehnung und Zugkraft zur
Erzeugung einer definierten Vorspannung 57
423 Ergebnis der analytischen Vorbetrachtung enee: 58
4 3 Analyse etablierter Blech-Umformverfahren eneeee: 61
4 4 Herausforderungen beim Fügen und Vorspannen und Anforderungen
an Fertigungskonzepte
4 5 Identifikation von Vorspannkonzepten und -prozessen
451 Ausreichende, plastische Dehnungen in Spanngliedrichtung 66
452 Unzureichende, plastische Dehnungen in Spanngliedrichtung 68
5 Materialien, Anlagen, Versuchsstände und Methoden „u 71
5 1 Versuchsmaterialien eeneeneseneeennenseeene nenne 71
5 2 Versuchsanlagen
5 3 Gestalt und Fertigung der Proben
531 Proben zur Untersuchung des Fügens und Vorspannens von
Stegblechstrukturen
532 Proben beim Fügen und Vorspannen durch Weiten eines
umschlungenen Kragens neneneneenense mern 75
5 4 Versuchs- und Messaufbauten
5 5 Numerische Modellierung rennen 79
6 Vorspannung von Stegblech-Tragstrukturen uuenseneserenssrseenenenne 84
6 1 Bestätigung des Vorspannmechanismus eeenenntenne 84
6 2 Analytische Modellierung des Vorspannens im Zugversuch - 87
6 3 Ermittlung von Einflussfaktoren auf die Vorspannkraft neee 88
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Inhaltsverzeichnis
6 4 Wirkprinzip deformierbarer Koppel-Elemente unceneneenneennnene 95
6 5 Spannungszustände in Blech und Schlaufe
651 Spannungsverteilungen im Stegblech nesneenenseneesennee 99
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653 Belastung ein- und mehrlagiger Schlaufen bei Verwendung
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Vorspannung von Blech-Tragstrukturen durch Weiten eines Kragens
7 1 Bestätigung des wirksamen Vorspannmechanismus 111
7 2 Analytische Modellierung des Vorspannprozesses
7 3 Identifikation und Validierung von Einflussfaktoren - - 116
7 4 Einfluss des Spanngliedes auf die Blechumformung „ne 120
7 5 Spannungsverteilung in der Schlaufe usnsssneenseeneenseneeneennennennn 123
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761 Tangentialspannungsverlauf in der neutralen Schlaufenfaser 127
762 Biegespannungen in den Kragenbereichen n o 133
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7 8 Verstarkungs- und Versteifungswirkung ueersersennenseneneeneeneereenennnan 139
7 9 Anwendungsdemonstration urersensesnsennsenneersnennennannenssonenernonnen 140
Zusammenfassung und Ausblick esesesssessersonsoonnnnsnnennnnunnnnnnannanennenne 146
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9 3 Vorspannung von Trägern mit FKV-Spanngliedern
9 4 Verankerungssysteme für FKV-Spannglieder u unseereenee 156
Inhaltsverzeichnis
9 5 Spannungsanalyse auf Basis des auf Innendruck belasteten Rohres
nach Schürmann uneenseneneeneenenenesensnennenensntrner nennen nennen 158
9 9 Validierung des FE-Modells zur Vorspannung von Stegblechstrukturen
im Zugversuch cceseennenennnenenenneennennenennese nennen 165
9 10 Ergebnisse der numerischen und der analytischen Parametervariation
(zu Abschnitt 7 3)
9 11 Umformgrade am geweiteten, nicht-umschlungenen Kragen 168
9 12 Spannungsüberhöhungen in der Schlaufe aufgrund asymmetrischer
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10 Literaturverzeichnis |
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