Stöbern Sie in der
Publikationsliste »

0 Dokumente
auf der Merkliste »

EFB-Forschungsbericht Nr. 295

Ermittlung von Festigkeitskennwerten für die konstruktive Auslegung von Clinch- , Stanzniet- und Blindnietverbindungen

EFB295.jpg

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Klaus-Jürgen Matthes, PD Dr.-Ing. Gunnar Bürkner, Dr.-Ing. Heiko Lang, Institut für Fertigungstechnik/Schweißtechnik der Technischen Universität Chemnitz

156 Seiten (sw 117 Abb., 28 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-330-1

Preis (Digital) EUR 52,00

Preis (Print) EUR 59,00

Zusammenfassung

Das Forschungsvorhaben verfolgt das Ziel, eine für die konstruktive Auslegung von quasistatisch beanspruchten Clinch-, Stanzniet- und Blindnietverbindungen nutzbare Festigkeitskenngröße zu ermitteln. Ein analoges Vorgehen wird bei Grundwerkstoffen und Schmelzschweißverbindungen mit den Kenngrößen in Form der Streckgrenze oder Dehngrenze bei nichtproportionaler Dehnung verfolgt. Bislang ist eine derartige Kenngröße für den Konstrukteur nicht verfügbar. Einen Beitrag zu leisten, um diesem Mangel an verfügbaren Kenngrößen abzuhelfen, ist Gegenstand des Forschungsvorhabens.

Das Erreichen dieses Ziels erfordert die Entwicklung einer Prüfmethode, um Clinch-, Stanzniet- und Blindnietverbindungen experimentell zu testen und aus den Ergebnissen auf die gesuchte Festigkeitskenngröße zu schließen. Für die ermittelte Kenngröße wird die (vorläufige) Bezeichnung Ersatzkraft vorgeschlagen. Für die Bemessung von Clinch-, Stanzniet- und Blindnietverbindungen mittels der Kenngröße Ersatzkraft wird ausgehend von einer Analyse zum Stand der Technik ein Teilsicherheitsbeiwert für Widerstandsgrößen YM = 1,5 empfohlen.

Die Kenngröße Ersatzkraft wurde mittels einer spezifischen, hierfür entwickelten Prüfmethode ermittelt. Die Prüfmethode beruht auf der zyklischen Scherzugprüfung, wobei die Belastung innerhalb eines Zyklus zwischen einer Unterkraft Fu = 0 und einer Oberkraft Fo schwingt. In experimentellen Untersuchungen wurden die aus Stählen vergleichsweise niedriger Festigkeit und ausgeprägter Duktilität sowie aus Aluminiumwerkstoffen gefertigten, artgleichen Clinch-, Stanzniet- und Blindnietproben der beschriebenen zyklischen Beanspruchung unterzogen. Die Untersuchungen umfassten Einpunkt-Flachproben, Mehrpunkt-Laborproben (H-Proben) und bauteilähnliche Proben. Es lag für alle Tests Scherzugbeanspruchung vor. Die bei Unterlast auftretenden plastischen Verlängerungen werden untersucht und hiervon ausgehend eine Grenzkraft, die gesuchte Kenngröße Ersatzkraft, ermittelt, mit welcher eine signifikante Zunahme der Verlängerung bei Unterlast korreliert. An bauteilähnlichen Proben wird die Anwendung der Kenngröße überprüft und nachgewiesen.

An einem Beispiel wird die Anwendung der Kenngröße Ersatzkraft für die Bemessung einschließlich des Konzeptes der Grenznahtfestigkeit erläutert. Ansätze zukünftiger Forschungen stellen weitere Untersuchungen zur Optimierung der Methode der Ersatzkraftbestimmung sowie die Prüfung weiterer Grundwerkstoffe und Verbindungssysteme dar. Mögliche Anwendungsgebiete der Kenngröße Ersatzkraft liegen in Bereichen mit überwiegend ruhend beanspruchten Verbindungen, für welche die Auslegung auf Basis von Erfahrungswerten oder experimenteller Prüfung aus wirtschaftlichen oder sicherheitstechnischen Gründen unvertretbar ist.

Das Forschungsvorhaben „Ermittlung von Festigkeitskennwerten für die konstruktive Auslegung von Clinch- , Stanzniet- und Blindnietverbindungen“ wurde unter der Fördernummer AiF 14889BR/1 von der EFB e.V. finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AIF e.V.) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWI) gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 295 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Inhalt

1 Einleitung
2 Überblick zum Stand der Technik
2.1 Allgemeines
3 Zielstellung des Forschungsvorhabens und innovativer Beitrag
3.1 Zielstellung
3.2 Innovativer Beitrag der angestrebten Forschungsergebnisse
4 Beschreibung des Grenzkriteriums der elastischen Verformung
4.1 Grundsätzliche Möglichkeiten
4.2 Beispiele für Kenngrößen
5 Sicherheitstechnische Betrachtungen
5.1 Sicherheit im ingenieurwissenschaftlichen Kontext
5.2 Beschreibung von Sicherheit
5.3 Globale Sicherheit
5.4 Teilsicherheiten
5.5 Beispiele für quantifizierte Sicherheiten
5.6 Abschätzung von Sicherheitsbeiwerten für mechanisch gefügte Verbindungen
6 Grundlagen einer Kenngröße Ersatzkraft
6.1 Allgemeines
6.2 Hilfskriterium Differenzenquotient
6.3 Hilfskriterium Verlängerung von Δl = 0,1 mm
7 Verbindungsprüfung
7.1 Nomenklatur der Versuchsreihen
7.2 Allgemeines
7.3 Proben
7.3.1 Grundwerkstoffe und Blechdicken
7.3.2 Verbindungen
7.3.3 Probengestalt
7.3.4 Probenfertigung
7.4 Versuchsdurchführung
7.4.1 Ermittlung der statischen Festigkeit
7.4.2 Ermittlung der Kenngröße Ersatzkraft
8 Ergebnisse der Verbindungsprüfung
8.1 Einpunkt-Proben
8.1.1 Quasistatische Festigkeit
8.1.2 Kenngröße Ersatzkraft
8.2 Mehrpunkt-Proben
8.2.1 Quasistatische Festigkeit
8.2.2 Kenngröße Ersatzkraft
9 Vergleich von Grenzkriterien der elastischen Verformung
10 Verallgemeinerungen
11 Bauteilähnliche Proben
11.1 Probengestalt und Fertigung
11.1 Versuchsdurchführung
11.2 Ergebnisse
12 Konzept der Grenznahtfestigkeit
12.1 Grundlagen
12.2 Herleitung des Konzepts
13 Beispiel für Bemessung mittels Ersatzkraft und Grenznahtfestigkeit
14 Bewertung der praktischen Anwendbarkeit
14.1 Anwendbarkeit der Ergebnisse
14.2 Anwendbarkeit der Methode
15 Ausblick auf weitere Forschungsarbeiten
16 Zusammenfassung und Danksagung
17 Literatur
Anhang
I Kraft-Verlängerungs-Verläufe bei quasistatischer Scherzugprüfung
II Höchstkräfte quasistatischer Scherzugprüfung
III Verlängerungen bei zyklischer Scherzugbeanspruchung in Abhängigkeit von der Oberkraft
IV Differenzenquotienten in Abhängigkeit von der Oberkraft
V Grenznahtkurven
VI Anwendermerkblatt