Virtuelle Produktentwicklung und Crashauslegung von Stahl-Werkstoffverbundsystemen

Durch Plattieren können Blechwerkstoffe mit unterschiedlichen Eigenschaften zu einem maßgeschneiderten Werkstoffverbund vereinigt werden. ThyssenKrupp Steel setzt in einem patentierten Herstellungsverfahren das Warmwalzplattieren ein, um verschiedene Stähle miteinander zu verbinden und weiterführend als innovatives Sandwichprodukt vom Coil anzubieten. Dadurch kann weiterer Leichtbau mit Stahl im Karosseriebau ermöglicht werden. Aufgrund der Vielzahl an möglichen Verbundkombinationen (Lagenanzahl, Stahlwerkstoffe, Schichtaufbau) wurde im Rahmen der Produktentwicklung eine modulare Simulations-methode abgeleitet, um die resultierenden Verbundeigenschaften im Vorfeld numerisch prognostizieren zu können. Dadurch konnten verschiedenste Stahl-Sandwichvarianten am Computer effizient vorbewertet werden und der experimentelle Aufwand im Entwicklungs-prozess deutlich reduziert werden. Aus dieser Produktentwicklung resultieren die dreilagigen Stahl-Werkstoffverbunde TRIBOND® 1400 und TRIBOND® 1200 für die Warmumformung, welche eine hohe Festigkeit mit hoher Duktilität unter Biegebelastung kombinieren und damit neue Anwendungsfelder in crashrelevanten Fahrzeugstrukturen erschließen können. Die entwickelte Simulationsmethode wurde für TRIBOND® 1400 und 1200 um eine geeignete Versagensmodellierung für den Verbund sowie Schweißpunkte ergänzt und auf Komponentenebene experimentell abgesichert. Dabei zeigte sich eine hohe Prognosegüte der erweiterten Simulationsmethode auch unter komplexer unter dynamischer Belastung. In virtuellen Potenzialanalysen an einer repräsentativen Gesamtfahrzeugstruktur konnten vielversprechende Leichtbaukonzepte identifiziert werden. Insbesondere Längsträger und die B-Säule scheinen für TRIBOND® prädestiniert zu sein, um gegenüber dem derzeitigen Stand der Technik weitere 10-15% Gewichtseinsparungen zu erreichen. Das Leichtbaupotenzial konnte durch reale Komponentenversuche im InCar® plus Projekt bestätigt werden. Im Rahmen des Vortrages werden die entwickelte Simulationsmethode für Stahl-Sandwichsysteme inklusive Möglichkeiten zur Versagensmodellierung präsentiert sowie der virtuelle Produktentwicklungsprozess und mögliche Anwendungen von TRIBOND® diskutiert.