Hybride formschlüssige Strukturverbindungen in Leichtbaustrukturen aus Stahlblech und Aluminiumdruckguss

Pasligh, Niels; Bührig-Polaczek, Andreas

doi:30906

Hybride formschlüssige Strukturverbindungen in Leichtbaustrukturen aus Stahlblech und Aluminiumdruckguss = Hybrid form closure connections in lightweight-design components of steel sheet and aluminium high pressure die casting

Pasligh, Niels (Author)

2011

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Niels Pasligh

ImpressumAachen : Gießerei-Institut der RWTH Aachen 2011

UmfangXXXII, 224 S. : Ill., graph. Darst.

ISBN978-3-9813872-2-3

ReiheErgebnisse aus Forschung und Entwicklung / Gießerei-Institut, RWTH Aachen ; 3

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2010

Zsfassung in dt. und engl. Sprache

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Bührig-Polaczek, Andreas (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2010-12-22

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-35837
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/64421/files/3583.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Formschluss (Genormte SW) ; Leichtbau (Genormte SW) ; Stahlblech (Genormte SW) ; Aluminium (Genormte SW) ; Druckguss (Genormte SW) ; Hybridwerkstoff (Genormte SW) ; Numerisches Verfahren (Genormte SW) ; Berechnung (Genormte SW) ; Belastbarkeit (Genormte SW) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; Stahlblech-Aluminiumdruckguss-Hybrid (frei) ; hybrid (frei) ; form closure (frei) ; sheet metal (frei) ; light metal (frei) ; numerical modelling (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Thema der Arbeit ist die Charakterisierung und Modellbildung eines Stahlblech-Aluminiumdruckguss-Hybrids (SADH) zur numerischen Berechnung auf Basis von Gesamtfahrzeugstrukturen. Von besonderer Bedeutung ist die numerische Beschreibung formschlüssiger Verbindungen, mit Hilfe derer ein Verbund zwischen Stahlblech und Aluminiumdruckguss realisiert wird. Ein SADH ist eine Struktur, die aus einer Blechschale mit integrierten Aluminiumrippen besteht. Die Fertigung erfolgt durch Herstellung einer Blechschale mit Lochungen, Einlegen der Blechschale in ein Druckguss-Werkzeug und Eingießen einer Struktur aus Aluminiumrippen. Durch Füllen der Lochungen im Blech mit Aluminium entsteht eine formschlüssige Verbindung beider Werkstoffe. An einer Beispielstruktur eines SADH werden typische Eigenschaften benannt und analysiert. Zur Berücksichtigung unterschiedlicher Temperaturen im Herstellungsprozess und Wärmeausdehnungskoeffizienten der Grundwerkstoffe werden Verzugs- und Eigenspannungsmessungen durchgeführt. In zerstörenden mechanischen Belastungstests wird das Versagensverhalten von SADH untersucht. Im Hinblick auf einen virtuellen Entwicklungsprozess wird ein numerisches Modell eines SADH generiert. Zur Abbildung der Grundwerkstoffe Stahl und Aluminium werden Zugprobentests durchgeführt, die für den Stahlwerkstoff infolge der thermischen Belastung beim Druckgießen gesondert behandelt werden. An einer separaten Probe zur Charakterisierung von formschlüssigen Verbindungsstellen werden Herstellungseigenschaften untersucht und ein mechanisches Belastungsprofil der Verbindungsstellen erstellt. Aufbauend auf der mechanischen Belastbarkeit wird eine Ersatzverbindung für numerische Modelle unter Beachtung von Anforderungen an Gesamtfahrzeugmodelle entwickelt. Das numerische Modell der formschlüssigen Verbindungsstellen wird anhand des realen Belastungsprofils verifiziert. Abschließend folgt die Berechnung eines SADH um eine Übereinstimmung in den realen Lastfällen zu belegen.

The topic of this paper is the characterisation and numerical modelling of advanced sheet metal components reinforced by light metal cast structures (SADH). The modelling is focused on full car simulation. One major aspect is the discretisation of form closure connections between sheet metal and aluminium cast structure which realise the compound between both materials. A SADH structure consists of a steel sheet metal and an integrated stiffening structure of aluminium. For the manufacturing process a perforated sheet metal is placed in a high pressure die casting tool before the casting. During the casting the holes of the sheet metal are filled with aluminium and a fixed form closure connection is generated. At a demonstrator structure of a SADH typical characteristics are named and analysed. Resulting from different thermal expansion coefficients and manufacturing temperatures residual stresses and distortion are analysed. Static loading tests are carried out to analyse the mechanical performance. For a virtual development process a numerical model of a SADH is generated. To model the material characteristics thermal loading test become necessary for the sheet metal. The sheet metal is exposed to a short and high thermal treatment during the high pressure die casting process which has to be considered for the material card. At a special form closure specimen manufacturing details are investigated. This specimen is further used to generate a loading profile of form closure connections under different conditions. Based on the test data a numerical model of the form closure connections is developed on full car modelling level. The verified form closure model is then transferred to the SADH structural model. Concluding the correlation between numerical calculation and experiments is shown on the SADH structural tests.

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