Advanced investigations on a simplified modeling method of self-piercing riveted joints for crash simulation

Die Anforderungen bezüglich Energieeffizienz und damit verbundenem Leichtbau steigen im Automobilbau stetig an. Hierfür werden, um eine maximale Flexibilität der eingesetzten Materialien zu erreichen, dauerhaft neue Fügeverfahren entwickelt. Die daraus resultierende große Anzahl an Fügeverbindungen mit unterschiedlichen Eigenschaften führt zur Notwendigkeit, für jedes Fügeverfahren eine geeignete Modellierungsmethode für die Crashsimulation zur Verfügung zu stellen. In diesem Vortrag wird die Ersatzmodellierung von Halbhohlstanznietverbindungen für die Crashsimulation genauer betrachtet. Ein Vorteil des Halbhohlstanznietens im Gegensatz zu anderen Fügeverfahren, wie das Punktschweißen, ist die Möglichkeit unterschiedliche Materialkombinationen wie z.B. Aluminium - Stahl zu fügen. Ebenso kommt es durch den Fügeprozess zu keiner Veränderung der Gefügestruktur der Werkstoffe und damit deren Materialeigenschaften, wie es bei thermischen Fügeverfahren beobachtet werden kann. In vorangegangen Untersuchungen [1] werden diverse Ersatzmodelle auf ihre Eignung bzgl. der Anwendung auf Halbhohlstanznietverbindungen hin untersucht, und die Stärken und Schwächen der Modelle aufgezeigt. Zu diesen Ersatzmodellen gehören Kohäsivzonenmodelle (z.B. *MAT_240), Modellierungen über Zwangsbedingung (z.B. *CONSTRAINED_SPR2/_SPR3) und Schweißpunktmodelle (MAT_100 bzw. MAT_100_DA). Hier wird nun genauer auf das *CONSTRAINED_SPR3 Modell eingegangen. Diese stellt sich in den vorangegangen Untersuchungen als vielversprechend dar, jedoch werden auch Schwächen in der Wiedergabe der an Einelementproben experimentell ermittelten Kraft-Weg-Kurven festgestellt. Eine hinsichtlich dieser Probleme optimierte Version des SPR3-Modells wird entwickelt und hier vorgestellt. Dabei wird im Speziellen auf die verbesserte Beschreibung des Verhaltens unter Biegebelastung als auch auf eine veränderte Beschreibung des Fließ- und Schädigungsverhaltens eingegangen. Des Weiteren werden Möglichkeiten zur Abbildung von Dehnrateneffekten aufgeführt. Hierzu werden mögliche Parameter zur Erweiterung des Materialmodells erläutert und ihre Effekte demonstriert. Anhand eines Beispiels wird das Vorgehen zur Parameterbestimmung durch die Simulation von Einelementproben-Versuchen dargestellt. Abschließend wird das erweiterte und optimierte Ersatzmodell durch die Simulation von Versuchen an bauteilähnlichen Proben beurteilt und validiert.