Entwicklung einer numerischen Prozesskette zur Simulation vom SPR-Fügeverfahren und von SPR-Verbindungen unter Crashbelastung

Abstract

Self-piercing riveting hat sich trotz des jungen Alters in der Automobilindustrie in weiten Bereichen als Fügeverfahren etabliert. Vorteile des Verfahrens liegen bei der Möglichkeit unterschiedliche Materialien zu fügen (von Metallen bis hin auf Faserverbundmaterialien), in der einfachen Handhabung, hohen Festigkeiten (insbesondere Crash und Dauerfestigkeit) und der geringen Anzahl an Verfahrensschritten. Anders als klassische Niet- und Schraubverbindungen ist beim SPR kein Vorbohren nötig, denn die Niete schneiden und formen sich selber ihr Loch in das Material, wobei das unterste Material nicht komplett durchschnitten wird. Die Simulation von SPR-Fügungen stellt aufgrund des komplexen Fügevorgangs Herausforderungen dar. Für jede Prozessparameter oder für jede Geometrie und Material der Fügepartner ergibt sich unterschiedliche mechanischen Eigenschaften der Fügung. Während die Charakterisierung einer einzigen Fügekombination noch einen begrenzten Aufwand benötigt, sind breitere Untersuchungen im Hinblick auf Crashsimulationen zeit- und kostenintensiv. Ziel des Projekts ist es, die mechanischen Eigenschaften einer SPR-Fügung auf reiner virtuellen Basis mit Prozesssimulationen zu gewinnen. Durch die Validierung der Prozesskette, könnten nachträglich unterschiedliche Kombinationen von Materialien simuliert werden und dadurch den experimentellen Aufwand reduzieren.