Im Folgenden Beitrag werden die Ergebnisse des Forschungsvorhabens 'Strangpressprofil und Blechstrukturen aus Aluminiumknetlegierungen im Fahrzeugbau' vorgestellt. Es wurden experimentelle und numerische Untersuchung an Detail- und Bauteilproben zur Bewertung des Nenn-, Struktur- und Kerbspannungskonzeptes für die betriebsfeste Auslegung von Strukturen aus Aluminiumknetlegierungen mit linienförmigen Schweißnähten durchgeführt. Es wird die Treffsicherheit bei der Lebensdauerabschätzung von Nahtschweißverbindungen an Bauteilen aus Aluminiumknetlegierungen für diese Konzepte aufgezeigt und Bemessungsdaten zur zuverlässigeren Festigkeitsbewertung mit Hilfe des Kerbspannungskonzeptes abgeleitet. Um die zur Anwendung und Bewertung der unterschiedlichen Konzepte erforderlichen Schwingfestigkeitsdaten zu ermitteln, wurden an ausgewählten Detail- und Bauteilproben Schwingfestigkeitsversuche mit konstanten Amplituden (CA) durchgeführt. An den Bauteilproben wurden zusätzlich Schwingfestigkeitsversuche mit variablen Amplituden (VA) durchgeführt. Die Ergebnisse der Schwingfestigkeitsversuche wurden auf Basis der mittels FEM-Berechnungen ermittelten relevanten Beanspruchungen in Wöhlerlinien des jeweiligen Konzepts übertragen. Die Nenn- und Strukturspannungen sind für die Detailproben aus 2D-plane-strain-Modellen und für die Bauteilproben aus 3D-Modellen abgeleitet worden. Die Nennspannungen wurden aus den berechneten Schnittgrößen in den Versagensquerschnitten bestimmt. Die Strukturspannungen sind durch Außenlinearisierung ermittelt worden. Die Kerbspannungen wurden für alle Proben anhand von 3D-FEM-Modellen ermittelt. Für die Bauteilproben sind die Kerbspannungen über Submodelle berechnet worden. Alle Berechnungsmodelle wurden anhand experimenteller Dehnungsanalysen bezüglich der Versuchsrandbedingungen verifiziert. Die vorliegenden Schwingfestigkeitsversuche wurden anhand der berechneten Spannungen nach dem Nenn-, Struktur- und Kerbspannungskonzept bewertet und die Ergebnisse nach den unterschiedlichen Konzepten vergleichend gegenübergestellt. Sämtliche Bewertungen sind für die Anrissschwingspielzahlen durchgeführt. Es ist zu erkennen, dass unter schwellender Belastung, R = 0, und Versagen in der Nahtwurzel (am T-Stoß) deutlich geringere Beanspruchungsamplituden ertragen werden als bei wechselnder Belastung, R = -1. Weiterhin sind die ertragbaren Beanspruchungen für den Überlappstoß mit Rissausgang am Nahtübergang signifikant niedriger als die bei Rissausgang in der Wurzelkerbe. Dies kann, wenn auch nicht so deutlich, auch für den größeren Referenzradius r(ref) = 0,3 mm beobachtet werden. Die Untersuchungen zeigen, dass durch die existierenden Richtlinien Schweißnähte an Aluminiumlegierungen zum Teil sehr konservativ ausgelegt werden. Durch die Anwendung des Kerbspannungskonzeptes mit dem Referenzradius r(ref) = 0,05 mm und die hier abgeleiteten Referenzwöhlerlinien können Schweißverbindungen von Feinblechstrukturen aus Aluminiumlegierungen optimiert und zuverlässig ausgelegt werden. Zusätzlich zu den oben gezeigten Auswertungen wurden die Schwingfestigkeitsergebnisse dieses Forschungsprojektes nach dem Kerbspannungskonzept (r(ref) = 0,05 mm, von Mises) gemeinsam mit neu bewerteten Versuchsdaten aus der Literatur ausgewertet, um möglichst allgemeingültige Kerbspannungswöhlerlinien für Feinblechverbindungen aus Aluminium ableiten zu können. Als Ergebnis der übergreifenden Auswertung zeigt sich, dass zur Bewertung von Nahtschweißverbindungen nicht nur eine Wöhlerlinie verwendet werden kann, sondern in Abhängigkeit des Versagensortes (Wurzelkerbe oder Nahtübergang) unterschiedliche Wöhlerlinien heranzuziehen sind. Laserstrahlgeschweißte I-Nähte am Überlappstoß ertragen nach dem Kerbspannungskonzept lokal geringere Beanspruchungen als Wurzelkerben anderer Nahtformen.
Strangpressprofil- und Blechstrukturen aus Aluminiumknetlegierungen im Fahrzeugbau
2009
10 Seiten, 14 Bilder, 2 Tabellen, 9 Quellen
Conference paper
German
Strangpressprofil , Blech , Aluminiumlegierung , Knetlegierung , Fahrzeugbau , Kerbspannung , Schweißnaht , Lebensdauervorhersage , Bemessung , Schwingfestigkeit , Amplitude , Finite-Elemente-Methode , Modellbildung , Versagen , Schwingspiel , Überlappstoß , Rissbildung , Radius , Nahtübergang , Wöhler-Schaubild , schwellende Belastung , wechselnde Belastung , Richtlinie , IIW (International Institute of Welding)
Spannungsintensitaetsfaktoren von ebenen, versteiften Blechstrukturen
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