@article{64916,
  abstract     = {{The joining of dissimilar materials, such as steel and aluminum, entails significant challenges during thermal curing processes due to differing coefficients of thermal expansion. This study addresses the formation of “viscous fingering” instabilities in structural adhesive joints, which are induced by thermally driven relative displacements during the liquid phase of the adhesive. Using a component-like specimen “bridge specimen,” the dependency of this phenomenon on process temperature and structural stiffness (rivet distance) was characterized. Experimental results reveal that while the relative displacement scales cubically with the free buckling length, the resulting adhesive area reduction follows an exponential trend, leading to a loss of effective bond area of up to 79%, which significantly compromises the joint strength in automotive applications. To predict these process-induced defects, a thermo-chemo-viscoelastic-viscoplastic adhesive model implemented in LS-DYNA was applied. The model combines curing kinetics, viscoelastic relaxation, and pressure-dependent plasticity and features a geometric damage parameter (D) that captures the adhesive area reduction caused by viscous fingering as an exponential function of the accumulated normal strain in the liquid phase. This damage parameter, calibrated on base-specimen level, was transferred to the component geometry. The simulation demonstrated high predictive accuracy with a maximum deviation of the adhesive area reduction of 3.1% compared to experimental data. This validates the model’s capability to predict manufacturing-induced damage in complex hybrid structures solely based on thermal boundary conditions.}},
  author       = {{Al Trjman, Mohamad and Beule, Felix and Teutenberg, Dominik and Meschut, Gerson and Riese, Julia}},
  issn         = {{0021-8464}},
  journal      = {{The Journal of Adhesion}},
  keywords     = {{Adhesive area reduction, CED coating process, delta alpha problem, epoxy structural adhesive, influence of manufacture, multi-material design, numerical simulation (FEM), relative displacements, viscous fingering (saffman-taylor-instability).}},
  pages        = {{1--24}},
  publisher    = {{Informa UK Limited}},
  title        = {{{Experimental characterization and numerical analysis of the influence of the CED coating process on viscous fingering formation in hybrid-jointed mixed structures}}},
  doi          = {{10.1080/00218464.2026.2644394}},
  year         = {{2026}},
}

@inproceedings{62079,
  abstract     = {{This paper investigates two modeling approaches for the simulation of the deformation and decomposition behavior of preconsolidated rovings above the thermoplastic matrix{\textquoteright} melting temperature. This is crucial for capturing the local material structure after processes introducing highly localized deformation such as mechanical joining processes between metal and fiber reinforced thermoplastics (FRTP). A generic finite element (FE) model is developed, incorporating interfaces discretized through either cohesive zone (CZ) elements or Coulomb friction-based contacts. The material parameters for the FE elements are derived from the initial stiffness of a statistical volume element (SVE) at micro scale modelled with an Arbitrary-Lagrange-Eulerian method for three load cases. The CZ properties calculated are based on the shear viscosity of the composite. The CZ and contact modelling approaches are evaluated using three load cases of the SVE, comparing force-displacement curves. Under simple loading conditions, such as normal pressure tension and bending, both methods produce similar results; however, in complex load cases, the CZ approach shows clear advantages in handling interface interactions and shows robust simulations. The CZ approach thus presents a promising method for simulating roving decomposition in FRTP-metal joining applications above the matrix{\textquoteright} melting temperature.}},
  author       = {{Gröger, Benjamin and Gerritzen, Johannes and Hornig, Andreas and Gude, Maik}},
  booktitle    = {{Sheet Metal 2025}},
  editor       = {{Meschut, G. and Bobbert, M. and Duflou, J. and Fratini, L. and Hagenah, H. and Martins, P. and Merklein, M. and Micari, F.}},
  isbn         = {{978-1-64490-354-4}},
  keywords     = {{Finite Element Method (FEM), Process, Thermoplastic Fiber Reinforced Plastic}},
  pages        = {{268–275}},
  publisher    = {{Materials Research Forum LLC, Materials Research Foundations}},
  title        = {{{Modeling approaches for the decomposition behavior of preconsolidated rovings throughout local deformation processes}}},
  doi          = {{10.21741/9781644903551-33}},
  year         = {{2025}},
}

@phdthesis{52611,
  abstract     = {{Ultraschallsysteme für das Herstellen für Bond- und Schweißverbindungen in der Halbleiterfertigung zeigen auf Grund des Betriebes unter hohen Anregungsniveaus nichtlineare Materialeigenschaften. Dabei wirken unterschiedliche Einflussfaktoren auf die elektrischen Eigenschaften und die mechanischen Übertragungscharakteristiken der Ultraschallsysteme ein. Die Herausforderungen ein solches geprägtes System auszulegen oder effizient und zuverlässig zu betreiben, sind aufgrund der Nichtlinearitäten relativ groß.
Da für die Beschreibung der nichtlinearen Materialbeziehungen nur wenige Modelle und kaum quantitative Angaben vorliegen, werden die komplexen Wechselwirkungen von Materialparametern, Geometrie und Vorspannung des Schwingers, Betriebsgrößen (Strom, Spannung), Temperatur und Prozesslasten durch systematische Untersuchungen von Keramiken und Langevin-Schwingern messtechnisch erfasst. Aus den Messergebnissen werden einerseits eindimensionale Modelle für Voruntersuchungen als auch vollständige Materialparametersätze für die Simulation mittels dreidimensionaler FE-Modelle hergeleitet.
Eine Methodik zur Ermittlung der Materialparameter und ein auf iterativen Simulationen von FE-Modellen basierendes Werkzeug zur Simulation der komplexen Wechselwirkungen werden vorgestellt. Anhand eines exemplarischen Ultraschallsystems wird gezeigt, dass die Wirkungen temperaturbedingter Vorspannungsverluste, Änderungen des elektrischen Klemmenverhaltens und Amplituden- und Frequenzänderungen während des Betriebes bei großen Amplituden und Prozesslasten durch die Variationen des Keramikvolumens und der Keramikposition positiv beeinflusst werden können.}},
  author       = {{Dymel, Collin}},
  isbn         = {{9783844093964}},
  keywords     = {{Nichtlineares piezoelektrisches Verhalten, Dehnungsabhängigkeit, Vorspannungseinfluss, Temperatureinfluss, Lasteinfluss, Langevin-Schwinger, Ultraschallwandler, Ultraschallbonden, FEM-Modell, Ultraschallschweißen, BVD-Modell}},
  pages        = {{134}},
  publisher    = {{Shaker Verlag}},
  title        = {{{Modellbasierte Entwicklung von Ultraschallwandlern unter der Berücksichtigung von Nichtlinearitäten}}},
  volume       = {{16}},
  year         = {{2024}},
}

@article{20678,
  author       = {{Bielak, Christian Roman and Böhnke, Max and Beck, Robert and Bobbert, Mathias and Meschut, Gerson}},
  journal      = {{Journal of Advanced Joining Processes. }},
  keywords     = {{Clinching, process simulation, FEM, pre-straining, sensitivity analysis}},
  publisher    = {{Elsevier}},
  title        = {{{Numerical analysis of the robustness of clinching process considering the pre-forming of the parts }}},
  doi          = {{https://doi.org/10.1016/j.jajp.2020.100038}},
  year         = {{2020}},
}

@phdthesis{10000,
  abstract     = {{Ultraschall wird zur Effizienzsteigerung in verfahrenstechnischen Prozessen eingesetzt. Die Betriebsparamter der Ultraschallsysteme werden empirisch ermittelt, da derzeit keine systematische Analyse der Wechselwirkung zwischen Ultraschallwandler und Schallfeld sowie kein Verfahren zur Messung der Kavitationsaktivität ohne zusätzlichen Sensor existieren. Auf Basis einer experimentellen Analyse des betrachteten sonochemischen Reaktors wird ein Finite-Elemente-Modell aufgebaut, das die Wechselwirkung zwischen Schallfeld und Ultraschallwandler berücksichtigt. Die modellbasierte Analyse zeigt, dass wegen der akustischen Eigenschaften des Autoklavs nur direkt an der Sonotrode Kavitation entsteht. Die Wechselwirkung zwischen Ultraschallwandler und Schallfeld ermöglicht Aussagen über das Schallfeld und die Kavitationsaktivität auf Basis der Rückwirkung auf den Ultraschallwandler. Die lineare Schalldruckverteilung ermöglicht eine Prognose über die Verteilung von Kavitationszonen. Das beschriebene Modell liefert wertvolle Erkenntnisse für die Auslegung, Analyse und Skalierung sonochemischer Reaktoren. Auf Grund der rauen Prozessrandbedingungen ist die Applikation von Sensoren zur Überwachung der Kavitationsaktivität in vielen sonochemischen Prozessen nicht möglich. Zur prozessbegleitenden Messung der Kavitationsaktivität wird ein Verfahren entwickelt, das die Bewertung der Kavitationsaktivität durch Auswertung der Rückwirkung auf den Ultraschallwandler erlaubt. Das Messverfahren ermöglicht eine vorhersagbare und reproduzierbare Durchführung kavitationsbasierter Prozesse und stellt eine wichtige Erweiterung für bestehende und neue Ultraschallsysteme dar.}},
  author       = {{Bornmann, Peter}},
  keywords     = {{Sonochemie, Akustische Kavitation, Kavitationsmessung, Kavitationsdetektion, FEM-Simulation Ultraschallwandler, Prozessüberwachung, FEM-Simulation Schallfeld, Self-Sensing, Piezoelektrische Ultraschallwandler, Ultraschallreinigung}},
  publisher    = {{Shaker}},
  title        = {{{Modellierung und experimentelle Charakterisierung der Wechselwirkung zwischen Ultraschallwandler und Flüssigkeit in kavitationsbasierten Prozessen}}},
  year         = {{2019}},
}