Beitrag zur Schwingfestigkeitsbewertung stanzgenieteter Fügepunkte auf Basis des Örtlichen Konzepts

Das Fügeverfahren Stanznieten mit Halbhohlstanzniet stellt eine formschlüssige, nicht zerstörungsfrei lösbare Verbindung zwischen zwei oder mehr Blechwerkstoffen her. Der Einsatz dieser Fügeverbindung in sicherheitsrelevanten Bauteilen setzt einen Nachweis gegen Versagen bei statischer und zyklischer Belastung voraus. Dieser kann einerseits experimentell, andererseits rechnerisch erfolgen. Der rechnerische Nachweis bei zyklischer Belastung von komplexen Bauteilen erfolgt in der Regel auf Basis von Finite-Elemente-Simulationen, in denen das Bauteil durch Schalenelemente modelliert wird und die Fügestellen durch Ersatzmodelle dargestellt werden. Zum Nachweis der Festigkeit bzw. der Abschätzung der Lebensdauer des Fügepunkts werden die Beanspruchungen am Ersatzmodell mit der Beanspruchbarkeit des Fügpunkts verglichen. Die Beanspruchbarkeit des Fügepunkts hängt von folgenden Faktoren ab: • Werkstoffe der Fügeteile und deren Blechdicken • Fügeparameter und die daraus resultierende Geometrie des Fügepunkts • Richtung der Lasteinleitung in den Fügepunkt • Spannungsverhältnis der Last Die Beanspruchbarkeit des Fügepunkts kann i.d.R. entweder in einem aufwendigen Versuchsprogramm an Proben ermittelt oder rechnerisch abgeschätzt werden. In dieser Arbeit wird ein Konzept zur rechnerischen Abschätzung der Beanspruchbarkeit eines stanzgenieteten Fügepunktes auf Basis des Örtlichen Konzepts vorgestellt. Die Beanspruchungen im Fügepunkt bei zyklischer Belastung werden mit Hilfe einer Finite-Elemente-Simulation an einem 3D-Modell unter Berücksichtigung von elastisch-plastischem Werkstoffverhalten ermittelt. Die Abschätzung der Lebensdauer bis zum Versagen des Fügepunkts geschieht über den Vergleich der Beanspruchungen im Fügepunkt mit der Beanspruchbarkeit der jeweiligen Werkstoffe. Diese kann entweder an Werkstoffproben ermittelt, aus der Zugfestigkeit abgeschätzt oder aus Herstellerangaben entnommen werden. Dies ist ein großer Vorteil gegenüber den meisten bereits existierenden Konzepten, die auf Festigkeitsuntersuchungen an Fügeverbindungen angewiesen sind. Die Validierung des Konzepts mit einer Datenbasis von 457 Versuchsergebnissen mit unterschiedlichen Kombinationen der oben aufgezählten Einflussfaktoren auf die Festigkeit einer Fügeverbindung zeigt eine gute Treffsicherheit des entwickelten Konzepts. Des Weiteren ermöglicht die Auswertung des Ortes mit der minimalen rechnerischen Lebensdauer im Fügepunkt eine gute Abschätzung des experimentellen Anrissortes in der Verbindung.