Kontinuumsmechanische Simulation von Steckverbinder-Elementen

Numerische Simulation von Werkstoffen und Bauteilen unterstützt in allen Bereichen der Technik die Entwicklung von Komponenten und Bauteilen hinsichtlich deren Herstellbarkeit und Betriebsverhalten. Die interessierenden Längenskalen reichen von einzelnen Atomen über Phasenbereiche im Werkstoff bis zu ganzen Maschinenelementen. Dem entsprechend reichen die Methoden von atomistischen und quantenmechanischen Modellen bis hin zu kontinuumsmechanischen Verfahren wie der FEM. Auf dieser makroskopischen Skala ist es nicht mehr möglich, einzelne oder auch mehrere Atome und Moleküle und deren Wechselwirkung zu betrachten. Vielmehr werden die Begriffe Spannungen und Dehnungen verwendet, um das mechanische Verhalten von Werkstoffen und Bauteilen zu beschreiben. Zwischen Spannungen und Dehnungen bzw. ihren Inkrementen bestehen werkstoffspezifisch mathematische Modelle, meist in Form von Differentialgleichungen. Zur Lösung dieser Probleme hat sich die Methode der finiten Elemente bewährt und steht in Form von meist kommerziellen Programmen zur Verfügung. Das Verhalten vieler Werkstoffe in der Herstellung und im Betrieb, insbesondere von Metallen und Kunststoffen, kann mit verallge¬meinerten Gesetzen für zeitabhängige Plastizität beschrieben werden. Für die Simulation von Relaxation und Rückfederung hat sich eine Modellfamilie bewährt, die auf Chaboche (z.B. [1]) zurückgeht. In zahlreichen Varianten wird dabei die plastische Dehnrate als Funktion von Spannung, Fließgrenze und Viskosität dargestellt, wobei isotrope und kinematische Verfestigung des Werkstoffs berücksichtigt werden. Diese Verfestigungsparameter gehorchen Entwicklungsgleichungen, die die Belastungsgeschichte beschreiben. Für die Ermittlung der Materialparameter sind in der Regel Zug-Druckversuche erforderlich. Die erfolgreiche Anwendung dieser Modelle im Bereich der Steckverbindertechnik bzw. des Crimpens wird anhand zweier Beispiele vorgestellt.