Eine der Kernherausforderungen des modernen Leichtbaus ist der gezielte lokale Einsatz des für die jeweilige Aufgabe geeigneten Werkstoffs sowie die dafür notwendige werkstoffgerechte Verbindungstechnik. In der vorliegenden Arbeit werden drei verschiedene Konzepte für Verbindungsstrukturen zwischen Aluminium und Faserverbundwerkstoffen hinsichtlich ihres Versagensverhaltens betrachtet. Es wird sowohl eine deterministische als auch eine probabilistische Modellierung auf Basis der Finiten-Elemente-Methode durchgeführt. Für die deterministischen Untersuchungen werden schädigungsmechanische Werkstoff- beziehungsweise Versagensmodelle verwendet, um sowohl die Versagensinitiierung als auch den Versagensverlauf abzubilden. Hierfür sind Erweiterungen der Werkstoff- und Kontaktmodelle in das Programm ABAQUS implementiert worden. Die probabilistischen Untersuchungen der Konzepte beruhen auf einem in der Arbeit entwickelten zweistufigen Ansatz. In diesem Ansatz wird durch die Überlagerung von deterministischen linear-elastischen FEM-Ergebnissen mit Verteilungsfunktionen für die lokalen Festigkeiten die lokale Versagenswahrscheinlichkeit berechnet. Anschließend werden diese lokalen Versagenswahrscheinlichkeiten zu Lastpfaden einer Fehlerbaumanalyse zusammengesetzt und eine globale Ausfallwahrscheinlichkeit berechnet.
Der ganzheitliche Ansatz mittels deterministischer und probabilistischer Modellierungsmethoden erlaubt es einerseits notwendige, experimentell nicht zugängliche Parameter numerisch zu bestimmen, aber auch dadurch das Verbesserungspotenzial abzuleiten.
Aktualisiert: 2020-01-28
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Herkömmliche Verfahren zur Herstellung von Produkten aus Thermoplasten basieren auf einer Erwärmung des Halbzeugs bis zur Erweichungstemperatur oder knapp darunter, Formgebung und Erstarrung. Diese Verfahren sind wegen der Werkzeugbindung erst bei großen Stückzahlen wirtschaftlich. Die erforderlichen Drücke, Erwärmungs- und Kühlungsapparate benötigen zudem große Umformmaschinen. Die inkrementelle Umformung bietet eine Möglichkeit zur Herstellung von Thermoplast-Bauteilen bei Raumtemperatur und mit geringer oder ohne Werkzeugbindung. Bei der Verfahrensvariante ohne Gegenwerkzeug wird die Bauteilkontur durch die Bewegung eines stiftförmigen Werkzeugs entlang einer vorgegebenen Bahn sukzessive hergestellt. Die Notwendigkeit der Anschaffung von Sondermaschinen entfällt, da bereits vorhandene CNC-Universalfräsmaschinen für den Einsatz als inkrementelle Umformmaschine umrüstbar sind.
Das Ziel dieser Arbeit ist die Analyse und Entwicklung des inkrementellen Kaltumformverfahrens für Thermoplaste, um einen Beitrag zu dessen Etablierung als Alternative für den Prototypenbau und die Kleinserienfertigung zu leisten. Um dieses Ziel zu erreichen werden grundlegende Untersuchungen hinsichtlich der Kaltumformbarkeit von Thermoplasten sowie experimentelle und numerische Untersuchungen der inkrementellen Umformung durchgeführt. Basierend auf den erlangten Kenntnissen wird ein Prozessfenster aufgestellt, welches eine sichere Prozessauslegung ermöglicht. Die Finite-Elemente-Analyse mit dem im Rahmen dieser Arbeit entwickelten viskoplastischen Werkstoffmodell offenbart unter anderem den Spannungs- und Formänderungszustand sowie die Umformmechanismen während der Umformung. Ferner wird die Anwendung mehrstufiger Umformstrategie zur Erweiterung der Prozessgrenze Zargenwinkel demonstriert.
Aktualisiert: 2021-12-20
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Im Sonderforschungsbereich SFB 483 \"Hochbeanspruchte Gleit- und Friktionssysteme auf Basis ingenieurkeramischer Werkstoffe\" erforschen, durch die Deutsche Forschungs¬gemeinschaft gefördert, 8 Institute des Karlsruher Institutes für Technologie sowie das Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik aus Freiburg i. Br. grundlagenorientiert und interdisziplinär angelegt den Einsatz ingenieurkeramischer Werkstoffe in tribologisch, mechanisch und thermisch hochbeanspruchten Friktions- und Gleitsystemen.
Aktualisiert: 2021-02-11
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Das zentrale Ziel dieser Arbeit ist die Bereitstellung eines allgemeingültigen Berechnungs-ansatzes für die Martensitbildung auch unter dreidimensionalen Spannungszuständen zur realitätsnahen Beschreibung des Verfestigungsverhaltens von Werkstoffen mit verformungs-induzierter Martensitbildung. Hierzu wird das bestehende Modell nach Springub grundlegend erweitert. Die für die Ausweitung auf 3D-Volumenelemente notwendigen theoretischen Voraussetzungen werden vorgestellt und umgesetzt. Durch die Berücksichtigung der dritten Raumkoordinate wird die detaillierte Analyse sowie die Bestimmung der Martensitverteilungen bei verschiedenen Umformprozessen sogar in der Blechdicke ermöglicht. Ein weiteres Ziel ist die Analyse des Einflusses von Vordehnungen in metastabilen austenitischen Grundwerkstoffen auf die Martensitbildung. Der Effekt der verstärkten Martensitbildung aufgrund von Vordehnung wird als Sensibilisierung bezeichnet. In dieser Arbeit gilt es den Effekt der Sensibili-sierung im Werkstoff EN 1.4301 nachzuweisen, geeignete Verfahren und Vordehnungen zu detektieren sowie die für die auftretende Phasenumwandlung notwendigen Belastungen zu bestimmen. Mittels geeigneter Vordehnungen wird ein Martensitverlauf erzeugt, der unter quasistatischer Zug- bzw. zyklischer Belastung senkrecht zur Vordehnungsrichtung eine verstärkte Umwandlung ermöglicht. Dieses sind die Voraussetzungen zur Realisierung von werkstoffinhärenten Belastungssensoren, die Informationen über die Lebensdauer der Bauteile geben sollen. Zur Verallgemeinerung der Aussagen finden vergleichende Analysen an den Werkstoffen EN 1.4640 und EN 1.4376 statt.
Aktualisiert: 2019-10-17
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Kehlnähte sind wegen der im Vergleich zu anderen Nahtformen geringen Vorbereitungsarbeiten eine sehr wirtschaftliche Fügetechnik im Stahlbau. Die Nahtdicke muss aus ökonomischen Gründen auf ein Minimum reduziert werden, da das benötigte Nahtvolumen im Quadrat zur Nahtdicke steigt.
Anhand des einschlägigen Fachschrifttums wird in dieser Arbeit der heutige Kenntnisstand zum Tragverhalten von Kehlnähten beschrieben. Aus dem Kenntnisstand wird ein Traglastansatz entwickelt. Es werden zwei mögliche Traglastansätze aufgezeigt.
Aktualisiert: 2020-06-05
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