C2 | Teilprojekt C2: Betriebsfestigkeitsbewertung und -optimierung integraler Blechbauweisen

Für die betriebsfeste Auslegung eines spaltprofilierten Blechbauteils ist die Entwicklung einer Methode zur Übertragbarkeit fertigungstechnischer Einflussgrößen auf reale Bauteile zwingend notwendig, um bereits in der Designphase sowohl das Optimierungspotenzial als auch kritische Bereiche zu erkennen und werkstoffliche, geometrische oder fertigungstechnische Maßnahmen unter Berücksichtigung der Last- und Umweltbedingungen einzuleiten. Zur Zeit existieren zwar für einige der o.g. Einflussgrößen jeweils spezifische Ansätze zur Bewertung, diese werden jedoch unabhängig voneinander betrachtet. Ziel dieses Teilprojektes ist es daher, die bestehenden Ansätze im Hinblick auf die spezifischen Bedingungen, die für spaltprofilierte Blechbauteile bezüglich das Herstell- und fertigungsprozesses gelten, zu erweitern und zu einer Übertragbarkeitsmethode zu verknüpfen sowie Betriebsfestigkeitsnachweise an fertigen Bauteilen durchzuführen.

Das höchstbeanspruchte Werkstoffvolumen (HbV) bildet die zielführende Methode zur Entwicklung des Übertragbarkeitskonzeptes, da die Einflüsse aus dem Herstellungsprozess, der Geometrie, der Belastung und den Umweltbedingungen berücksichtigt werden, wobei Gefüge-, Festigkeits- und Eigenspannungsgradienten sowie nicht konstante Hauptspannungsrichtungen von besonderm Interesse sind. Die Ergebnisse werden derart aufbereitet, dass sie in numerische Verfahren implementiert werden können.

Im Rahmen der Entwicklung der Übertragbarkeitskriterien ist die Ermittlung der zyklischen Werkstoffkennwerte eine wichtige Vorraussetzung. Die zyklischen Werkstoffkennwerte sollen in diesem Teilprojekt in Abhängigkeit von Umformungsgrad, Gefüge/Textur, Oberflächenrauheit, Temperatur, Korrosion, Eigenspannungen etc. ermittelt werden. Die Kennwerte bilden zudem auch die notwendige Datenbasis für den Vergleich mit der numerischen Bauteilsimulation, die zukünftig in noch größerem Umfang eingesetzt werden wird als bisher.

Für viele Parameter ist ein funktionaler Zusammenhang zu erwarten. In dem Teilprojekt soll für spaltprofilierte Blechbauteile auf der Basis von bereits vorliegenden Erkenntnissen untersucht werden, inwieweit ein möglichst großer Anteil der Werkstoffparameter innerhalb einer Werkstoffgruppe als konstant bzw. als mit anderen Werkstoffkennwerten korrelierbar betrachtet werden kann, um den Aufwand bei der Kennwertermittlung wesentlich zu reduzieren.

Da die Bestimmung von zyklischen Werkstoffkennwerten zur Beschreibung von Spannungs- Dehnungskurven und Dehnungswöhlerlinien in dehnungsgeregelten Versuchen zeit- und kostenintensiv ist, soll auf der Grundlage von bereits bekannten Korrelationen eine Näherungslösung zur Abschätzung der zyklischen Werkstoffkennwerte auf Basis von weniger aufwendig zu bestimmenden Kennwerten (z.B. Zugfestigkeit, Dehngrenze o.ä.) erfolgen. Damit ist es möglich, die Versuchszeiten und -kosten deutlisch zu verringern.