Charakterisierung und Ersatzmodellierung des Bruchverhaltens von Punktschweißverbindungen an ultrahochfesten Stählen für die Crashsimulation unter Berücksichtigung der Auswirkung der Verbindung auf das Bauteilverhalten

Im Automobilbau werden verstärkt höchst- und ultrahochfeste Stähle in dünnen Blechdicken aus Leichtbaugründen und zur Erhöhung der passiven Sicherheit bei gleichzeitiger Ressourcenschonung eingesetzt. Pressgehärtete Bauteile aus 22MnB5 mit Zugfestigkeiten bis 1500 Mpa sind im Automobilbau bereits etabliert, und die Stahlentwicklung geht aktuell zu noch höherfesteren Presshärtegüten. Der Stahlleichtbau hat hier noch sehr viel Entwicklungspotenzial, um die Energieeffizienz weiter zu erhöhen. Aktuell und auch zukünftig wird das etablierte und hoch automatisierbare Widerstandspunktschweißen verwendet, um Einzelbauteile aus höchstfesten Stählen zur tragenden Leichtbaustruktur zu verbinden. Durch die Wärmeeinbringung beim Schweißen treten durch Anlasseffekte Erweichungszonen um die Schweißpunkte dieser gehärteten Stähle auf. Zur Prognose des Deformationsverhaltens von Strukturen aus diesen Werkstoffen muss der Einfluss dieser Erweichungszone in den Simulationsmodellen beschreibbar sein. Im Rahmen des Forschungsprojekts wurden Punktschweißverbindungen im pressgehärteten, ultrahochfesten Stahl 22MnB5 umfassend charakterisiert. Dies umfasst neben der belastungsabhängigen Tragfähigkeitsermittlung mit der LWF-KS-2-Prüftechnik auch die Charakterisierung der umgebenden Erweichungszone mit speziell konzipierten Proben, die den relevanten Eigenschaftsgradienten enthalten. Damit wurde ein Ersatzmodell für die Crashsimulation entwickelt, das sowohl die Tragfähigkeit der Verbindung als auch die Rissbildung in der umgebenden Erweichungszone nachbildet. Dieses Ersatzmodell wurde durch die Simulation eines speziell konzipierten Musterbauteilversuchs validiert, bei dem eine Überlastsituation mit Rissbildung in der Erweichungszone auftritt. Mit den Ergebnissen dieses Forschungsvorhabens werden die Einsatzmöglichkeiten und Akzeptanz von pressgehärteten Stählen deutlich erweitert, weil nun eine umfassende Berechnungsmethode für die Punktschweißverbindungen in dieser Stahlklasse der Crashsimulation zur Verfügung steht. Damit können bereits in der Konzeptionsphase punktgeschweißte pressgehärtete Stahlbauteile sicher ausgelegt werden.