Methodenentwicklung zur Prognose des Crashverhaltens von widerstandspunktgeschweißten 3-Stahlblechverbindungen

Die aktuellen politischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen zur Reduzierung der CO2-Emissionen sowie der Trend zur flächendeckenden Elektromobilität führen zu einer Vielzahl an neuen Herausforderungen für die Auslegung zukünftiger Fahrzeugkonzepte. Eine besondere Herausforderung ist das durch die Batterie ins Fahrzeug eingebrachte Zusatzgewicht. Hierdurch ergibt sich ein Konflikt zu der bestehenden Kundenerwartung nach einer hohen Reichweite. Durch den umfangreichen Einsatz von höchstfesten Stählen in dünnen Blechdicken im Karosseriebau soll die Reduzierung des Gesamtfahrzeuggewichts vorangetrieben werden. Vor allem im stahlintensiven Leichtbau ist das Widerstandspunktschweißen aufgrund des hohen Automatisierungsgrads, der Prozesssicherheit und der damit verbundenen Wirtschaftlichkeit das dominierende Fügeverfahren. Um Begrenzungen des Bauraums der Karosserie zu begegnen und um den Materialeinsatz im Leichtbau möglichst effizient zu gestalten, werden mehrschnittige Punktschweißverbindungen eingesetzt. Hieraus ergeben sich neue Herausforderungen für die Vorhersage des Trag- und Versagensverhaltens unter Crashbelastung. Dieser Beitrag stellt eine systematische Charakterisierung von 3-Blechverbindungen zur Auffindung von formelmäßigen, empirischen Zusammenhängen zwischen der Festigkeit der Verbindung und den Einflussgrößen vor. Nach der Identifikation geeigneter Einflussgrößen, wie zum Beispiel Blechfestigkeit, Blechanordnung, Blechdickenkombination sowie Belastungsart und Lasteinleitung, auf das Trag- und Versagensverhalten, werden numerische Simulationen durchgeführt, um Ursachen für auftretende Phänomene aus den experimentellen Ergebnissen aufzuklären. Weiterhin wird untersucht, inwieweit das Verhalten von 2-Blechverbindungen auf 3-Blechverbindungen übertragbar ist. Die gefundenen Zusammenhänge sollen schnelle und kostengünstige Abschätzungen über die Festigkeit von 3-Blechbverbindungen ermöglichen. Darüber hinaus werden Ersatzmodelle für die Crashsimulation von 3-Blechverbindungen entwickelt, die recheneffizient für die Sicherheitsbewertung von großen, geschweißten Bauteilen eingesetzt werden können. Dabei sollen insbesondere die Einflüsse des Lastangriffs an jeweils einer oder beiden Fügebenen auf die Festigkeit und Energieabsorption unter verschiedenen Belastungen wie Zug, Scherung sowie Biegung abbildbar sein.