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Entwicklung eines Konstruktionssystems für den rechnerischen Festigkeitsnachweis von punktförmig mechanisch gefügten Bauteilen

 
: Neugebauer, Reimund; Riedel, F.; Marx, R.

Hannover: EFB, 2010, 124 pp.
EFB-Forschungsbericht, 323
ISBN: 978-3-86776-359-2
German
Report
Fraunhofer IWU ()

Abstract
Punktförmig mechanische Fügeverfahren haben sich in der Feinblech verarbeitenden Industrie erfolgreich etabliert und deren Anwendungsfelder erfahren z. Z. eine stetige Erweiterung. Für eine umfassende Anwendung von mechanisch gefügten Verbindun-gen in kleinen und mittleren Unternehmen ist es erforderlich, mit einer einfachen analytischen und deshalb preiswerten Methode die Bemessung und einen Nachweis der Verbindungseigenschaften (hauptsächlich die Nahtfestigkeit) durchführen zu können.
Das wesentliche Ziel des Forschungsvorhabens bestand in der Entwicklung eines Konstruktionssystems für den analytischen Festigkeitsnachweis von punktförmig mechanisch gefügten Bauteilen. Dazu wurde für punktförmige Fügenähte mit gleicher Nahteinteilung als Festigkeitskennwert die Grenznahtfestigkeit eingeführt, indem dem Verbindungsbereich, ähnlich wie der Grundwerkstoff eine Zugfestigkeit aufweist, eine ertragbare Zugspannung zugeordnet wurde.
Diese kann ermittelt werden, indem Zugproben mit variierter Anzahl von Fügepunkten in Kombination mit verschiedenen Fügepunktabständen geprüft und die erhaltenen Höchstzugkräfte auf den kleinsten angeschlossenen Blechquerschnitt bezogen werden. Derartig experimentell ermittelte Spannungswerte lassen sich in einem Diagramm über dem Fügepunktabstand auftragen und eine Funktion, die so genannte Grenznahtkurve, abbilden und es können Nahtfestigkeiten für nahezu beliebige Fügepunktabstände grafisch ermittelt bzw. analytisch berechnet werden.
Ein wesentlicher Arbeitspunkt des Forschungsvorhabens bestand in der Aufstellung derartiger Grenznahtkurven sowohl mittels bereits vorhandenen Datenquellen als auch durch umfangreiche experimentelle Untersuchungen für unterschiedliche Fügesysteme, sowie verschiedene Grundwerkstoffe und konstruktive Randbedingungen. Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens sind in einem Merkblattentwurf zusammengefasst. Dieses Merkblatt ermöglicht die analytische Berechnung erreichbarer Nahtfestigkeiten bzw. erforderlicher Fügepunktabstände von punktförmigen Verbindungsnähten mittels spannungsbasierten Nahtkennwerten, welche in umfangreichen experimentellen Untersuchungen ermittelt wurden. Das Merkblatt beinhaltet eine einfach handhabbare und kostengünstige Berechnungsmethode, mit der ein Festigkeitsnachweis oder eine Bemessung von punktförmig mechanisch gefügten Verbindungsnähten an Bauteilen aus Feinblech durchgeführt werden kann.

 

Mechanical Spot joining techniques joining processes have been successfully established in the sheet metal processing industry and their application fields currently grow stronger. For comprehensive application of mechanical jointing techniques in small and medium-sized companies it is necessary to be able to perform an uncomplicated analytical (and inexpen-sive) structural integrity assessment of the joints. The essential aim of the research project was to develop a design system for the analytical assessment of weld strength of spot shaped mechanical joined components.
Against this background the critical weld strength has been introduced for spot shaped joining welds. Similar to the tensile strength of the base material a critical tensile stress of the joint area has been developed. This critical joint-seam stress can be calculated with the ultimate tensile strength of tensile specimen with different spotjoint distances and number of spot-joints and the smallest cross-sectional area of the sheet. Such experimental determined stress values can be represented as a function of the spot distance in a diagram. The graph of the function is called critical-strength-curve. It is either possible to graphically determine weld strengths for various spot distances or to calculate them analytically.
An essential working point of the research project was the determination of such critical weld curves, both with already existing data sources and also extensive experimental investigations for different joining systems as well as different base materials and constructive constraints. The results of the research project are summarized in a technical guideline. This guideline makes it possible to calculate the reachable seam strengths and required joint spot distances for mechanical joint spot seams respectively. The technical guideline contains a simply manageable and cost-efficient calculating method for the determination of seam strength or a rating of spot shaped mechanically joined seams at components made of sheet metals.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-160959.html