5 Durchlaufende / Abgeschlossene Forschungsprojekte 2010 ... - DVS

Forschungsbilanz Beispiel 2 - Ergebnistransfer und Umsetzung im Vorhaben:
Verzugs- und Eigenspannungssimulation von Al-Stahl Mischverbindungen
(IGF-Nr. 15709 B / DVS-Nr. I2.002)
Laufzeit: 1. Juli 2008 - 31. Dezember 2010
Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. V. Michailov, Lehrstuhl Füge- und Schweißtechnik, BTU Cottbus
FA I2
Hintergrund dieses Vorhabens ist der zunehmende Bedarf von geschweißten Mischverbindungen aus Aluminium und Stahl, der
durch die Entwicklung von wärmearmen Schweißverfahren stark begünstigt wird. Allerdings blieben Fragen bezüglich der durch
die stark unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften der Werkstoffpartner verursachten Verzugsproblematik und hohen
Eigenspannungen weiterhin offen.
Ziel dieses Projektes war es, Lösungsansätze zur numerischen Simulation von thermisch gefügten Mischverbindungen aus
Aluminium und Stahl herauszuarbeiten. Die entwickelten Lösungsansätze und Vorgehensweisen sollen den industriellen Anwendern
eine effiziente Simulation von Mischverbindungen mit den verbreiteten Simulationsprogrammen ermöglichen, um das Potenzial
dieser Verbindungen für den Leichtbau auszuschöpfen. Mit den Forschungsergebnissen werden den Unternehmen die Wege für
eine zielgerichtete Simulation aufgezeigt. Es wird dadurch ein innovativer Beitrag zur Steigerung der Anwendbarkeit und der
Wirtschaftlichkeit der Simulation geleistet, die sich vor allem mit stark vermindertem experimentellen Aufwand rechtfertigt.
Es wurde die Simulation des thermischen Fügens von Al-Stahl Mischverbindungen untersucht und experimentell verifiziert.
Die für die Simulation von artgleichen Verbindungen bekannten Vorgehensweisen zur Temperaturfeldberechnung, integrierte
Gefügemodellierung, Verzugs- und Eigenspannungsberechnung wurden hinsichtlich ihrer Anwendung für Mischverbindungen
analysiert und erweitert. Auf Basis der Projektergebnisse wird eine effiziente und gesicherte Simulation von Al-Stahl
Mischverbindungen ermöglicht. Es wurden die nötigen Daten der temperaturabhängigen physikalischen und mechanischen
Eigenschaften bestimmt und stehen dem Anwender zur Verfügung.
Zur Simulation wurden unterschiedliche Wärmequellen- und Gefügemodelle hinsichtlich ihrer Eignung und ihres Kalibrierungsaufwandes
qualifiziert und Hinweise zur Anwendungen formuliert. Die Anwendbarkeit und Aussagekraft der Simulation wurde anhand von
systematischen Berechnungen und instrumentierten Schweißversuchen (Bild 1) beurteilt und die relevanten Einflussgrößen
bewertet.
Bild 1 - Exemplarischer Vergleich von gemessenem (oben) und berechnetem (unten)
Verzug einer geschweißten Überlappverbindung aus Al- und Stahl-Fügepartnern
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