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Lokales Laserumschmelzverfestigen von crashbelasteten Karosseriefeinblechstrukturen

 
: Wagner, Markus
: Beyer, Eckhard; Leyens, Christoph; Balzani, Daniel

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Fulltext urn:nbn:de:0011-n-4976110 (6.9 MByte PDF)
MD5 Fingerprint: 176ae2918c9a60f85fb3c55340cf5769
Created on: 4.7.2018

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Stuttgart: Fraunhofer Verlag, 2018, 134 pp.
Zugl.: Dresden, TU, Diss., 2018
ISBN: 978-3-8396-1361-0
German
Dissertation, Electronic Publication
Fraunhofer IWS ()
computer aided manufacture (CAM); materials science; Laserumschmelzverfestigung; Verfestigungsspur; Crash; Karosserie; Leichtbau; Ingenieur für Maschinenbau; Ingenieur für Fahrzeugbau; Ingenieur für Werkstoffwissenschaft

Abstract
Crashbelastungen führen bei Karosseriestrukturbauteilen in der Regel zu ausgeprägt inhomogenen Bauteilbeanspruchungen. Mit den aktuellen Karosserieleichtbaulösungen können die mechanischen Eigenschaften von Crashstrukturen nicht oder nur sehr begrenzt an die spezifischen Beanspruchungszustände angepasst werden. Das Verfahren des lokalen Laserumschmelzverfestigens ermöglicht hingegen eine beanspruchungsgerechte Abstimmung der Bauteileigenschaften von crashbelasteten Karosseriestrukturen aus härtbaren Stählen. Im Ergebnis kann eine signifikante Verbesserung der Crashbelastbarkeit und Bauteilumformbarkeit erzielt werden, sofern lokalisierte plastische Bauteilverformungen auftreten. Die für eine FE-basierte Bauteilauslegung erforderlichen Eigenschaften der Verfestigungszonen können über die vorgeschlagenen analytischen Zusammenhänge aus den spezifischen Werkstoff- und Prozessparametern berechnet werden. Zur Verbesserung definierter Bauteilcrasheigenschaften in praktischen Anwendungen werden iterative heuristikbasierte Herangehensweisen vorgestellt. Das hohe Anwendungspotenzial des Verfahrens für Karosserieleichtbaulösungen wird anhand praxisrelevanter Applikationsbeispiele aufgezeigt.

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1 Einleitung // 1.1 Grundsätzlicher Ansatz // 2 Stand der Technik // 2.1 Leichtbauaspekte im PKW-Karosseriebau // 2.2 Stahlfeinblechwerkstoffe im Karosseriebau // 2.3 Prozesstechnische Grundlagen des Laserstrahlhärtens und –schweißens // 2.4 Simulation und Optimierung crashbelasteter Karosseriestrukturen // 2.5 Schlussfolgerungen // 3 Zielstellung der Arbeit // 4 Untersuchte Werkstoffe // 5 Prozessuntersuchungen und resultierende Spureigenschaften // 5.1 Verfahrensansätze und spezifische Eigenschaften // 5.2 Durchführung der Laserschmelzverfestigungsversuche // 5.3 Prozessuntersuchungen // 5.4 Gefügeuntersuchungen // 6 Experimentelle Ermittlung von Werkstoffmodellen für die Verfestigungsspur // 6.1 Verfahren zur Aufnahme von fließkurven für lokale Wärmebehandlungszonen // 6.2 Prinzipielle Vorgehensweise zur Werkstoffmodellentwicklung // 6.3 Versuchsdurchführung // 6.4 Fließkurvenextrapolation // 6.5 Angepasste Werkstoffmodelle für die Crashsimulation // 6.6 Schlussfolgerungen zur Werkstoffmodellentwicklung // 7 Analytische Berechnung der Spureigenschaften // 7.1 Berechnung des Prozessmodus // 7.2 Berechnung der Einschmelztiefe und -breite // 7.3 Berechnung der Schmelzgurthärte aus Werkstoff- und Prozessparametern // 7.4 Berechnung des Schmelzgut-Werkstoffmodells für die Crashsimulation // 7.5 Potenziale Einschränkungen der Berechnungsansätze // 8 Numerische Modellierung und Bauteiloptimierung // 8.1 Modellierungsansätze zur Abbildung der Spurumgebung // 8.2 Studie zur Netz- und Zeitschrittkonvergenz // 8.3 Formulierung des Optimierungsproblems // 8.4 Numerische Strukturoptimierung // 8.5 Iterative Methode zur Verbesserung des Bauteilverhaltens auf Basis von Heuristiken // 9 Anwendungsaspekte // 9.1 Crashbelastete Rohrprofilstrukturen // 9.2 Crashbelastete Leichtbaustrukturen in metallischer Mischbauweise // 9.3 Studie zu weiteren potenziellen Anwendungsfällen // 9.4 Schlussfolgerungen aus Simulation und Experiment // 10 Zusammenfassung