ISBN 978-3-8439-5240-8

978-3-8439-5240-8, Reihe Ingenieurwissenschaften

Hannes Panwitt
Simulation des Grenztragverhaltens geschweißter Aluminiumstrukturen

170 Seiten, Dissertation Universität Rostock (2022), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Für die Auslegung von Fahrzeugen ist es notwendig, das Verhalten der Struktur unter außergewöhnlichen Belastungen, wie Kollisionen, zu berücksichtigen. Dafür müssen die Verformungsreserven des Werkstoffs im Detail und der Struktur als Ganzes bekannt sein. Bei geschweißten Aluminiumlegierungen beeinflusst die Fügestelle das Strukturverhalten maßgeblich, da in der in der Schmelzzone (SZ) und in der Wärmeeinflusszone (WEZ) gegenüber dem Grundwerkstoff (GWS) ein Festigkeitsverlust auftritt.

Ziel dieser Arbeit war es daher, das Grenztragverhalten geschweißter Aluminiumstrukturen unter Berücksichtigung lokaler Vorgänge in der WEZ und SZ zu untersuchen und numerisch am Beispiel eines Strukturdetails (X-Profil) zu simulieren. Dafür wurden im Rahmen dieser Arbeit die mechanischen Eigenschaften sowie Schädigungsparameter des GWS, der WEZ und der SZ anhand von Kleinversuchen mit Hilfe von Experimenten und numerischen Simulationen bestimmt.

Bei der Verwendung eines konventionellen 4-Zonen-Modells für die Schweißnahtumgebung zeigte sich insbesondere im Zugversuch, dass die grobe Einteilung der inhomogenen WEZ zu einer deutlichen Unterschätzung der lokalen Dehnungen in der WEZ führt. Daher wurde in dieser Arbeit ein neues Materialmodell auf Basis von schweißprozessähnlichen Wärmebehandlungen und Härteprüfungen entwickelt, welches eine detaillierte Auflösung der inhomogenen WEZ erlaubt.

Beide Materialmodelle wurden für die Simulation von Axialdruckversuchen auf FE-Modelle von X-Profilen übertragen. Hierbei zeigt sich, dass beide Materialmodelle geeignet sind, um das experimentell beobachtete globale Verhalten der X-Profile abzubilden. Allerdings ist die lokal fein aufgelöste Abbildung der Eigenschaften in der WEZ durch das neu entwickelte Materialmodell notwendig, um die lokalen Dehnungen und die Rissinitiierung in der WEZ in besserer Übereinstimmung mit den Experimenten vorherzusagen als mit dem konventionellen 4-Zonen-Modell.