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Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by De Gruyter March 21, 2017

Nichtlineare Fügepunkt-Ersatzmodelle in Großstrukturen

Simplified Nonlinear Joint-Models in Largescale Structures
  • Reimund Neugebauer , Sebastian Hensel , Fred Jesche , Rainer Franke , Jürgen Hiepe and Bernd Donat

Kurzfassung

Klassische mechanische Fugeverfahren wie Blindnieten, Verschrauben oder Schliesringbolzensetzen verbinden Bauteile sehr prozesssicher und tragen hierbei masgeblich zur Gesamtsteifigkeit der gefertigten komplexen Baugruppen bei. In den grosen Simulationsmodellen der Schienenfahrzeugauslegung mit statischen Lastfallen findet bisher nur das lineare Verhalten der Fugepunkte Berucksichtigung. In der vorliegenden Arbeit wurden Methoden entwickelt, mit denen auch die nichtlineare Charakteristik unter Belastung erfasst werden kann und eine Implementierung in komplexe Grosstrukturmodelle ermoglicht wird. Hiermit kann die Vorhersagegenauigkeit mittels numerischer Simulation entscheidend erhoht und auch eine hochgradig nichtlineare Lastumverteilung in der Struktur abgebildet werden.

Abstract

Standard mechanical joining technologies, e. g. blind riveting, bolting or lockbolt riveting, join structural parts in reliable manufacturing processes and add considerably to the overall stiffness of complex assemblies. In the large simulation models of rail-vehicle design with static load cases, only the linear characteristics of joints are considered. In the present study methods were developed, which capture also the nonlinear characteristics under joint loading and allow an implementation into complex large-scale structure models. Hereby, the accuracy in the numerical simulation is increased and the highly nonlinear change in load distribution is considered.


Prof. Dr.-Ing. habil. Reimund Neugebauer, geb. 1953, studierte Maschinenbau an der Technischen Universitat Dresden, wo er 1984 promovierte und 1989 habilitierte. Nach leitender Tatigkeit in der Industrie wurde er 1989 als Hochschullehrer an die TU Dresden berufen. Seit 1992 ist er Institutsleiter des Fraunhofer-Institutes fur Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU mit Standorten in Chemnitz und Dresden. 1993 erhielt er einen Ruf als Ordinarius fur Werkzeugmaschinenkonstruktion und Umformtechnik an die TU Chemnitz und seit 2000 ist er geschaftsfuhrender Direktor des Universitatsinstitutes fur Werkzeugmaschinen und Produktionsprozesse. Prof. Neugebauer ist Mitglied der Arbeitsgemeinschaft Umformtechnik (AGU), Aktives Mitglied (Fellow) der Internationalen Akademie fur Produktionstechnik (CIRP) und Mitglied der Deutschen Akademie der Technikwissenschaften (acatech). Von 2010 bis 2011 war er Prasident der Wissenschaftlichen Gesellschaft fur Produktionstechnik e. V. (WGP) und hat seit 1.1.2012 das Amt des Vizeprasidenten inne.

Dipl.-Ing. Sebastian Hensel studierte Maschinenbau an der Technischen Universitat Dresden, wo er in der Vertiefungsrichtung Luft- und Raumfahrttechnik abschloss. Seit 2008 ist er in der Abteilung Fugetechnik am IWU in Dresden als wissenschaftlicher Mitarbeiter mit den Schwerpunkten Struktursimulation von Komplexbaugruppen, numerische Berechnung von Fugeprozessen und Ersatzmodellbildung tatig.

Dipl.-Ing. Fred Jesche studierte Maschinenbau in der Vertiefungsrichtung Umformtechnik an der TU Dresden. Von 1979 bis 2000 arbeitete er an der TU Dresden, Lehrstuhl fur Umformtechnik auf den Gebieten Entwicklung von technologieunterstutzten CAE-Methoden und der numerischen Simulation von Umformprozessen. Seit 2000 ist er am Fraunhofer IWU Dresden auf dem Gebiet des mechanischen Fugens tatig.

Prof. Dr.-Ing. habil. Rainer Franke studierte Physik, Mathematik und Padagogik in Dresden bis 1972; danach Aspirantur in der Metallphysik, 1981 Dissertation. Ab 1982 Abteilungsleiter im Institut fur Leichtbau Dresden. Arbeiten auf dem Gebiet der Tribologie, insbesondere auf den Gebieten der Laserstrahlbehandlung von Stahlen und Eisengusswerkstoffen sowie zur thermochemischen Behandlung von Stahlen. 1992 Habilitation an der TU Bergakademie Freiberg. Seit 1993 Abteilungsleiter in der IMA Materialforschung und Anwendungstechnik GmbH Dresden. Forschungen in der Tribologie, zum Hochtemperaturverhalten von Titan- und intermetallischen Werkstoffen, zu Hochleistungskunststoffen und zum Verhalten von Bauweisen und Strukturen aus Luftfahrtgeraten. Seit 1997 Vorlesungen an der Technischen Universitat Dresden. Seit 2008 ist er Geschaftsteilsimulation führer der SWM Werkstoff- und Strukturmechanikforschung gGmbH Dresden.

Dipl.-Ing. Jurgen Hiepe studierte von 1977 bis 1982 Maschinenbau mit der Spezialisierung Angewandte Mechanik an der Technischen Universitat Dresden. Er war ab 1982 am Institut fur Leichtbau und ab 1993 in der IMA Materialforschung und Anwendungtechnik auf dem Gebiet der Strukturanalysen tatig. Seit 2008 ist er Fachgebietsleiter fur Berechnung und Simulation in der IMA Materialforschung und Anwendungstechnik GmbH und Mitarbeiter der SWM Werkstoff- und Strukturmechanikforschung gGmbH Dresden.

Dr.-Ing. Bernd Donat studierte von 1975 bis 1979 Maschinenbau mit der Spezialisierung Werkstofftechnik an der Technischen Universitat Dresden. Von 1983 bis 1994 war er Laborleiter der Werkstoffprufung an der TU Dresden. 1988 promovierte er zu Methoden der Lebensdauerermittlung bei zyklischer Belastung an der TU Dresden. Von 1995 bis 1996 studierte er Business-Administration-Management an der City University Seattle. Seit 1996 ist Dr. Donat Fachgebietsleiter fur mechanisch-technologische Prufungen in der IMA Materialforschung und Anwendungstechnik GmbH und Mitarbeiter der SWM Werkstoff- und Strukturmechanikforschung gGmbH Dresden.


References

1. Hahn, O.; Wisling, M.; Hanel, W.; Donat, B.: Experimentelle Untersuchung und Simulation des Crashverhaltens mechanisch gefugter Verbindungen in Schienenfahrzeugen. EFB-Forschungsbericht Nr. 275, Hannover, 2007, S. 2528, S. 167177Search in Google Scholar

2. Wanner, M.-C.; Zorn, H.; Herzog, P.; Henkel, K.-M.; Al Raheb, O.: Festigkeitseigenschaften von Schliesringbolzenverbindungen bei statischer und dynamischer Beanspruchung unter Verwendung verschiedener Bauteilwerkstoffe. EFB-Forschungsbericht 168, Hannover, 2001, S. 2426Search in Google Scholar

3. Vivio, F.: A New Theoretical Approach for Structural Modelling of Riveted and Spot Welded Multi-spot structures. International Journal of Solids and Structures46 (2009) 22-23, S. 4006402410.1016/j.ijsolstr.2009.07.021Search in Google Scholar

4. Salvini, P.; Vivio, F.; Vullo, V.: A Spot Weld Finite Element for Structural Modelling. International Journal of Fatigue22 (2000) 8, S. 64565610.1016/s0142-1123(00)00044-xSearch in Google Scholar

5. Neugebauer, R.; Jesche, F.; Hahn, O.; Wisling, M.: Prufmethode zur direkten Steifigkeitsmessung von punktformigen Fugeverbindungen. EFB-Forschungsbericht Nr. 276, Hannover, 2008, S. 5257, S. 1314 / S. 8083Search in Google Scholar

6. Neugebauer, R.; Jesche, F.; Mauermann, R., Hensel, S.: Stiffness Analysis of Spot Joints as a Condition for the Numeric Modelling – New Test Methods. In: 12th International ESAFORM Conference on Material Forming 2009, International Journal of Material Forming, Twente, April 2009, DOI 10.1007/s12289 – 009 – 0596 – 4 Volume 2, Supplement 1Search in Google Scholar

Online erschienen: 2017-03-21
Erschienen im Druck: 2012-04-28

© 2012, Carl Hanser Verlag, München

Downloaded on 29.3.2024 from https://www.degruyter.com/document/doi/10.3139/104.110743/pdf
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