Fakultät für Maschinenbau - Meschut (Universität Paderborn)

Methodenentwicklung zur Langzeitprognose von Klebverbindungen bei kombinierter Temperatur- und Medieneinwirkung

S. Sander, D. Teutenberg, G. Meschut, A. Matzenmiller, in: 21. Kolloquium Gemeinsame Forschung in der Klebtechnik, 2021

Clinching of Thermoplastic Composites and Metals—A Comparison of Three Novel Joining Technologies

B. Gröger, J. Troschitz, J. Vorderbrüggen, C. Vogel, R. Kupfer, G. Meschut, M. Gude, Materials (2021)

DOI

Auslegungsmethode für Klebverbindungen mit KTL-beschichteten Fügeteilen und polymeren, faserverstärkten Werkstoffen – Kleben auf KTL

E. Fischer, T. Schmolke, N. Chudalla, D. Teutenberg, G. Meschut, 2021

A method for three-dimensional modelling of the shear-clinching process

D. Han, C. Yang, G. Meschut, ESAFORM 2021 (2021)

Abstract

DOI

<jats:p>Three-dimensional modelling enables to determine the in-plane material flow in asymmetrical situation. Thus, the distortion of the sheets to be joined can be characterized more exactly. This study shows a method for building up a three-dimensional shear-clinching framework without damage criteria. In fact, the die-sided sheet in shear-clinching was designed as a pre-punched sheet and slugs. The material separation in the die-sided joining partner, which in two-dimensional simulation is often described by macro- and micromechanical fracture criteria, was realised in this study based on a defined contact condition. By means of a shear-cutting simulation, a correlation between the break angle and the separation stress was determined, which was used as a separation criterion in the shear-clinching simulation. The separation line was confirmed using post-particles. To validate this model, the results of the simulation using a quadratic single-point specimen were compared to the experiments with respect to the distortion of the joining partner. In general, the built three-dimensional framework provides for further tool developments with regard to the reduction of distortion in shear-clinching.</jats:p>

Joining suitability of cast aluminium for self-piercing riveting

M. Neuser, F. Kappe, M. Busch, O. Grydin, M. Bobbert, M. Schaper, G. Meschut, T. Hausotte, 2021

DOI

Concept development of a method for identifying friction coefficients for the numerical simulation of clinching processes

M. Böhnke, M.S. Rossel, C.R. Bielak, M. Bobbert, G. Meschut, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology (2021)

Abstract

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<jats:title>Abstract</jats:title><jats:p>In order to reduce fuel consumption and thus pollutant emissions, the automotive industry is increasingly developing lightweight construction concepts that are accompanied by an increasing usage of aluminum materials. Due to poor weldability of aluminum in combination with other materials, mechanical joining methods such as clinching were developed and established in series production. In order to predict the relevant characteristics of clinched joints and to ensure the reliability of the process, it is simulated numerically during product development processes. In this regard, the predictive accuracy of the simulated process highly depends on the implemented friction model. In particular, the frictional behavior between the sheet metals as well as between the sheet metal and clinching tools has a significant impact on the geometrical formation of the clinched joint. No testing methods exist that can sufficiently investigate the frictional behavior in sheet materials, especially under high interface pressures, different relative velocities, and long friction paths, while allowing a decoupled consideration of the test parameters. This paper describes the development of further testing concepts based on a proven tribo-torsion test method for determining friction coefficients between sheet metal materials for the simulation of clinching processes. For this purpose, the correlation of interface pressure and the relative velocity between aluminum and steel sheet material in clinching processes is investigated using numerical simulation. Based on these findings, the developed concepts focus on determining friction coefficients at interface pressures of the above materials, yield stress, as well as the reproduction of the occurring friction conditions between sheet metal materials and tool surfaces in clinching processes using tool substitutes. Furthermore, wear investigations between sheet metal material and tool surface were carried out in the friction tests with subsequent EDX analyses of the frictioned tool surfaces. The developed method also allows an optical deformation measurement of the sheet metal material specimen by means of digital image correlation (DIC). Based on a methodological approach, the test setups and the test systems used are explained, and the functionality of the concepts is proven by experimental tests using different sheet metal materials.</jats:p>

https://link.springer.com/article/10.1007/s00170-021-07986-4

Influence of rivet length on joint formation on self-piercing riveting process considering further process parameters

F. Kappe, C.R. Bielak, V. Sartisson, M. Bobbert, G. Meschut, 2021

Modeling of Stiffness Anisotropy in Simulation of Self-Piercing Riveted Components

M. Otroshi, G. Meschut, C.R. Bielak, L. Masendorf, A. Esderts, Key Engineering Materials (2021), 883, pp. 35-40

DOI

Joining of press-hardened profiles for the mixed-intensive lightweight structural design in electric vehicles

D. Rotzsche, G. Meschut, D. Fuss, M. Bangel, M. Uffelmann, K. Werner, N. Oleff, H. Günter, in: Joining in Car Body Engineering 2021, 2021

Influence of various procedures for the determination of flow curves on the predictive accuracy of numerical simulations for mechanical joining processes

M. Böhnke, F. Kappe, M. Bobbert, G. Meschut, Materials Testing (2021), 63(6), pp. 493-500

Abstract

DOI

The predictive quality of numerical simulations for mechanical joining processes depends on the implemented material model, especially regarding the plasticity of the joining parts. Therefore, experimental material characterization processes are conducted to determine the material properties of sheet metal and generate flow curves. In this regard, there are a number of procedures which are accompanied by varying experimental efforts. This paper presents various methods of determining flow curves for HCT590X as well as EN AW-6014, including varying specimen geometries and diverse hardening laws for extrapolation procedures. The flow curves thus generated are compared considering the variety of plastic strains occurring in mechanical joining processes. The material data generated are implemented in simulation models for the joining technologies, clinching and self-piercing riveting. The influence of the varied methods on the predictive accuracy of the simulation model is analysed. The evaluation of the differing flow curves is achieved by comparing the geometric formation of the joints and the required joining forces of the processes with experimentally investigated joints.

Strength of self-piercing riveted Joints with conventional Rivets and Rivets made of High Nitrogen Steel

B. Uhe, C. Kuball, M. Merklein, G. Meschut, 2021

Abstract

DOI

The use of high-strength steel and aluminium is rising due to the intensified efforts being made in lightweight design, and self-piercing riveting is becoming increasingly important. Conventional rivets for self-piercing riveting differ in their geometry, the material used, the condition of the material and the coating. To shorten the manufacturing process, the use of stainless steel with high strain hardening as the rivet material represents a promising approach. This allows the coating of the rivets to be omitted due to the corrosion resistance of the material and, since the strength of the stainless steel is achieved by cold forming, heat treatment is no longer required. In addition, it is possible to adjust the local strength within the rivet. Because of that, the authors have elaborated a concept for using high nitrogen steel 1.3815 as the rivet material. The present investigation focusses on the joint strength in order to evaluate the capability of rivets in high nitrogen steel by comparison to conventional rivets made of treatable steel. Due to certain challenges in the forming process of the high nitrogen steel rivets, deviations result from the targeted rivet geometry. Mainly these deviations cause a lower joint strength with these rivets, which is, however, adequate. All in all, the capability of the new rivet is proven by the results of this investigation.

Analyse rezepturabhängiger und alterungsbedingter Enthaftungserscheinungen geklebter SMC-Bauteile

V. Aßmuth, D. Teutenberg, G. Meschut, in: 10. Doktorandenseminar Klebtechnik, DVS Media GmbH, 2021

Entwicklung einer gewichtsoptimierten Batteriegehäusestruktur für Volumenfahrzeuge

T. Schmolke, C. Krüger, D. Merdivan, S. Spohr, G. Meschut, Forschungsvereinigung Automobiltechnik (FAT) , 2021

Methodenentwicklung zur numerischen Lebensdauerprognose von hyperelastischen Klebverbindungen infolge zyklischer Beanspruchung mittels bruchmechanischer Ansätze

K. Tews, T.. Aubel, D. Teutenberg, G. Meschut, T. Duffe, G. Kullmer, in: DECHEMA, Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V. (Ed.), 21. Kolloquium: Gemeinsame Forschung in der Klebtechnik, 2021

Analyse des Versagensverhaltens geklebter Stahl Verbindungen beim werkstoffschonenden Entfügen in der Karosserieinstandsetzung

N. Chudalla, G. Meschut, A. Bartley, T.M. Wibbeke. Analyse des Versagensverhaltens geklebter Stahl Verbindungen beim werkstoffschonenden Entfügen in der Karosserieinstandsetzung. 2021.

Experimental failure analysis of adhesively bonded steel/CFRP joints under quasi-static and cyclic tensile-shear and peel loading

J. Kowatz, D. Teutenberg, G. Meschut, International Journal of Adhesion and Adhesives (2021)

DOI

New approach for versatile self piercing riveting: joining system and auxiliary part

F. Kappe, M. Bobbert, G. Meschut, 2021

Mechanical joining of glass fibre reinforced polymer (GFRP) through an innovative solid self-piercing rivet

D. Han, K. Yang, G. Meschut, Journal of Materials Processing Technology (2021)

DOI

Development of a Method for the Identification of Friction Coefficients in Sheet Metal Materials for the Numerical Simulation of Clinching Processes

M.S. Rossel, M. Böhnke, C.R. Bielak, M. Bobbert, G. Meschut, in: Sheet Metal 2021, Trans Tech Publications Ltd, 2021, pp. 81-88

Abstract

DOI

In order to reduce the fuel consumption and consequently the greenhouse emissions, the automotive industry is implementing lightweight constructions in the body in white production. As a result, the use of aluminum alloys is continuously increasing. Due to poor weldability of aluminum in combination with other materials, mechanical joining technologies like clinching are increasingly used. In order to predict relevant characteristics of clinched joints and to ensure the reliability of the process, it is simulated numerically during product development processes. In this regard the predictive accuracy of the simulated process highly depends on the implemented friction model. In particular, the frictional behavior between the sheet metals affects the geometrical formation of the clinched joint significantly. This paper presents a testing method, which enables to determine the frictional coefficients between sheet metal materials for the simulation of clinching processes. For this purpose, the correlation of interface pressure and the relative velocity between aluminum sheets in clinching processes is investigated using numerical simulation. Furthermore, the developed testing method focuses on the specimen geometry as well as the reproduction of the occurring friction conditions between two sheet metal materials in clinching processes. Based on a methodical approach the test setup is explained and the functionality of the method is proven by experimental tests using sheet metal material EN AW6014.

Development of an adaptive, sensor-based FDS-robot-system

M. Ivanjko, R. Beck, G. Meschut, J. Zweck, T. Richter, 2021

Reduzierung der Flanschbreiten beim Widerstandspunktschweißen durch Einsatz exzentrischer Elektrodenkappengeometrien

C. Böhne, G. Tümkaya, G. Meschut. Reduzierung der Flanschbreiten beim Widerstandspunktschweißen durch Einsatz exzentrischer Elektrodenkappengeometrien. 2021.

Dämpfungseigenschaften geklebter Verbindungen - Potenzialanalyse und Klebstoffcharakterisierung

J. Göddecke, G. Meschut, J. Damm, M. Albiez, T. Ummenhofer, adhäsion KLEBEN & DICHTEN (2021), pp. 14-23

DOI

THE INFLUENCE OF MANUFACTURING PROCESSES AND OPTICAL MEASUREMENT METHODS ON THE DAMAGE BEHAVIOR OF METALLIC MATERIALS

M. Otroshi, G. Meschut, A. Nesakumar, Journal of Manufacturing Engineering (2021)

Robotergestütztes manuelles mechanisches Fügen – RoboterFügen

S. Neumann, G. Meschut, F. Schmatz, W. Flügge, 2021

Simulationsbasierte Lebensdauerabschätzung einer stanzgenieteten Fügeverbindung unter zyklischer Belastung

L. Masendorf, M. Wächter, A. Esderts, M. Otroshi, G. Meschut, 2021

Service life estimation of self‐piercing riveted joints by linear damage accumulation

L. Masendorf, M. Wächter, A. Esderts, M. Otroshi, G. Meschut, Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures (2021), pp. 15

DOI

Further development of a numerical method for analyzing the load capacity of clinched joints in versatile process chains

C.R. Bielak, M. Böhnke, M. Bobbert, G. Meschut, 2021

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https://popups.uliege.be/esaform21/index.php?id=3418

Joining of ultra-high-strength steels using resistance element welding on conventional resistance spot welding guns

H. Günter, G. Meschut, Welding in the World (2021)

DOI

Intrinsische Hybridverbunde für Leichtbautragstrukturen

S. Sander, M. Bobbert, G. Meschut, Springer Vieweg, 2021, pp. 332

Development of a Leak Test Method for the Joining technology of Functionally Integrated Lightweight Battery Housings for Electric Vehicles

T. Schmolke, C. Krüger, D. Merdivan, G. Meschut, P. Urban, 2021

Practical methods for avoidance of liquid metal embrittlement in resistance spot welds of advanced high strength steels

C. Böhne, G. Meschut, M. Biegler, M. Rethmeier, 2021

Self-Piercing Riveting Using Rivets Made of Stainless Steel with High Strain Hardening

B. Uhe, C. Kuball, M. Merklein, G. Meschut, in: Forming the Future - Proceedings of the 13th International Conference on the Technology of Plasticity. The Minerals, Metals & Materials Series., Springer, 2021, pp. 1495-1506

Abstract

DOI

Self-piercing riveting is an established technique for joining multi-material structures in car body manufacturing. Rivets for self-piercing riveting differ in their geometry, the material used, the condition of the material and their surface condition. To shorten the manufacturing process by omitting the heat treatment and the coating process, the authors have elaborated a concept for the use of stainless steel with high strain hardening as a rivet material. The focus of the present investigation is on the evaluation of the influences of the rivet’s geometry and material on its deformation behaviour. Conventional rivets of types P and HD2, a rivet with an improved geometry made of treatable steel 38B2, and rivets made of the stainless steels 1.3815 and 1.4541 are examined. The analysis is conducted by means of multi-step joining tests for two material combinations comprising high-strength steel HCT70X and aluminium EN AW-5083. The joints are cut to provide a cross-section and the deformation behaviour of the different rivets is analysed on the basis of the measured changes in geometry and hardness. In parallel, an examination of the force-stroke curves provides further insights. It can be demonstrated that, besides the geometry, the material strength, in particular, has a significant influence on the deformation behaviour of the rivet. The strength of steel 1.4541 is seen to be too low for the joining task, while the strength of steel 1.3815 is sufficient, and hence the investigation confirms the capability of rivets made of 1.3815 for joining even challenging material combinations.

Experimentelle Untersuchung der Dämpfungseigenschaften geklebter Strukturen unter dynamischer Beanspruchung

J. Göddecke, G. Meschut, in: 11. Doktorandenseminar Klebtechnik, DVS Media GmbH, 2021

Joining suitability of cast aluminium for self-piercing riveting

M. Neuser, F. Kappe, M. Busch, O. Grydin, M. Bobbert, M. Schaper, G. Meschut, T. Hausotte, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering (2021)

DOI

Methodenentwicklung zur Versagensanalyse aufgrund der Aushärtung vorgeschädigter Klebverbindungen in stahlintensiven Mischbaustrukturen

F. Beule, D. Teutenberg, G. Meschut, T. Aubel, A. Matzenmiller. Methodenentwicklung zur Versagensanalyse aufgrund der Aushärtung vorgeschädigter Klebverbindungen in stahlintensiven Mischbaustrukturen. 2021.

Joining of press-hardened profiles for the mixed-intensive lightweight structural design in electric vehicles

H. Günter, G. Meschut, D. Fuss, K. Werner, M. Bangel, D. Rotzsche, M. Uffelmann, N. Oleff, in: Joining in Car Body Engineering 2021, 2021

Untersuchung der Dichtheitseigenschaften hybridgefügter Mischbauverbindungen für den Einsatz in Batteriegehäusen für Elektrofahrzeuge

T. Schmolke, G. Meschut, 2021

Influence of the Rivet Coating on the Friction during Self-Piercing Riveting

B. Uhe, C. Kuball, M. Merklein, G. Meschut, Key Engineering Materials (2021), 883, pp. 11-18

Abstract

DOI

The number of multi-material joints is increasing as a result of lightweight design. Self-piercing riveting (SPR) is an important mechanical joining technique for multi-material structures. Rivets for SPR are coated to prevent corrosion, but this coating also influences the friction that prevails during the joining process. The aim of the present investigation is to evaluate this influence. The investigation focuses on the common rivet coatings Almac® and zinc-nickel with topcoat as well as on uncoated rivet surfaces. First of all, the coating thickness and the uniformity of the coating distribution are analysed. Friction tests facilitate the classification of the surface properties. The influence of the friction on the characteristic joint parameters and the force-stroke curves is analysed by means of experimental joining tests. More in-depth knowledge of the effects that occur is achieved through the use of numerical simulation. Overall, it is shown that the surface condition of the rivet has an impact on the friction during the joining process and on the resulting joint. However, the detected deviations between different surface conditions do not restrict the operational capability of SPR and the properties of uncoated rivet surfaces, in particular, are similar to those of Almac®-coated rivets. It can thus be assumed that SPR with respect to the joining process is also possible without rivet coating in principle.

Application-oriented avoidance of liquid metal embrittlement during resistance spot welding of zinc-coated advanced high strenght steels

C. Böhne, M. Biegler, G. Meschut, M. Rethmeier, 2021

Entwicklung einer Methode zur Bewertung einer stahlintensiven Mischbau-Klebverbindung eines Batteriegehäuses gegenüber mechanischer und medialer Belastung und Berücksichtigung der Interphasenstruktur

T. Schmolke, D. Teutenberg, G. Meschut, D. Meinderink, L.. Koch, C. Ebbert, G. Grundmeier, 2021

Berücksichtigung der Herstellungshistorie von Blechbauteilen beim Fügen durch Umformen

S. Wiesenmayer, P. Heyser, T. Nehls, P. Frey, W. Flügge, G. Meschut, M. Merklein, Werkstattstechnik Online (2020), 110(10), pp. 677-683

Berechnen der Lebensdauer hybrider Verbindungen

S. Çavdar, G. Meschut, A. Wulf, O. Hesebeck, M. Brede, B. Mayer, K. Tittmann, I. Koch, H. Jäger, J. Wacker, G. Rybar, T. Melz, in: DVS Congress 2020, 2020

Lokales Konzept zur Auslegung von elastischen Klebverbindungen (LoKAl)

V. Aßmuth, D. Teutenberg, G. Meschut, J. Philipp, E. Stammen, K. Dilger, in: 20. Kolloquium Gemeinsame Forschung in der Klebtechnik, 2020, pp. 85-87

Analyse rezepturabhängiger und alterungsbedingter Enthaftungserscheinungen geklebter SMC-Bauteile

V. Aßmuth, D. Teutenberg, G. Meschut, DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V., 2020, pp. 109

Lebensdauerberechnung hybrider Verbindungen

S. Çavdar, D. Teutenberg, G. Meschut, A. Wulf, O. Hesebeck, M. Brede, B. Mayer, K. Tittmann, I. Koch, H. Jäger, J. Wacker, G. Rybar, T. Melz, in: 20. Kolloquium Gemeinsame Forschung in der Klebtechnik, 2020

Methodenentwicklung zur Schädigungsmodellierung für die numerische Prozesssimulation mechanischer Fügeverfahren

M. Otroshi, G. Meschut, Europäische Forschungsgesellschaft für Blechverarbeitung e.V., 2020

Abstract

Der Karosseriebau ist zunehmend durch die Verwendung unterschiedlicher Werkstoffe in Mischbauweise gekennzeichnet, was zu einem Einsatz von mechanischen Fügeverfahren geführt hat. Hieraus resultieren die Zielsetzungen, die mechanischen Fügeverfahren in ihrer Effizienz und ihren Einsatzbereichen zu erweitern, sowie die Anzahl der Experimente zu reduzieren und Entwicklungszyklen zu verkürzen. Dies erfolgt mit Unterstützung der numerischen Simulation. Neben der Beschreibung des plastischen Verhaltens gilt es auch, das Schädigungsverhalten abzubilden. Der Fügeprozess bzw. die Fügerichtung erfolgt senkrecht zur Blechoberfläche und führt somit zu einem dreidimensionalen Zustand der Fügelemente. Hieraus leitet sich die Herausforderung ab, das Werkstoffversagen in Abhängigkeit der Beanspruchungssituation zu beschreiben. Ein einfacher Ansatz zur Abbildung des Durchdringens ist ein geometrisches Trennkriterium. Ein solches Kriterium basiert i.d.R. auf einem experimentell beobachteten Verhalten und ist somit nicht prognosefähig für Variationen bzgl. Werkzeugkonfigurationen, Blechdicken- und Werkstoffgüten-Kombinationen. In diesem Projekt wird das Schädigungsmodell GISSMO (Generalized Incremental Stress State dependent damage Model) verwendet, um die Entwicklung der duktilen Schädigung zu beschreiben und den Bruchbeginn während des Stanzniet- und Schneidclinchens vorherzusagen. Der Spannungszustand während der Prozesssimulation wird untersucht und die verschiedenen Schädigungsproben werden experimentell erprobt, um die Versagenskurven zu charakterisieren. Die Versagenskurven werden im Schädigungsmodell GISSMO definiert. Um die Genauigkeit des Modells zu gewährleisten, wird die Verifizierung des Modells durch die Simulation von Schädigungsproben mit dem Schädigungsmodell durchgeführt. Zur Validierung des Modells wird die Simulation des Fügeprozesses mit dem Schädigungsmodell durchgeführt und die Ergebnisse von Simulation und Experiment verglichen. Darüber hinaus werden Sensitivitätsanalysen durchgeführt, um die Einflüsse der Fertigungsprozesse, der Lackierung und des Diskretisierungsgrades auf das Schädigungsverhalten des Materials zu identifizieren. Das IGF-Vorhaben „Methodenentwicklung zur Schädigungsmodellierung für die numerische Prozesssimulation mechanischer Fügeverfahren" der Forschungsvereinigung EFB e.V. wurde unter der Fördernummer AiF 19452N über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 527 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Joining of Thermoplastic Composites with Metals Using Resistance Element Welding

J. Troschitz, J. Vorderbrüggen, R. Kupfer, M. Gude, G. Meschut. Joining of Thermoplastic Composites with Metals Using Resistance Element Welding. 2020.

DOI

Concept Development for a Functional Integrated Lightweight Battery Housing with Special Consideration of the Joining Technology

C. Krüger, T. Schmolke, D. Merdivan, S. Spohr, P. Urban, G. Meschut, 2020

Improvement of a rivet geometry for the self-piercing riveting of high-strength steel and multi-material joints

B. Uhe, C. Kuball, M. Merklein, G. Meschut, Production Engineering (2020), 14, pp. 417-423

Abstract

DOI

As a result of lightweight design, increased use is being made of high-strength steel and aluminium in car bodies. Self-piercing riveting is an established technique for joining these materials. The dissimilar properties of the two materials have led to a number of different rivet geometries in the past. Each rivet geometry fulfils the requirements of the materials within a limited range. In the present investigation, an improved rivet geometry is developed, which permits the reliable joining of two material combinations that could only be joined by two different rivet geometries up until now. Material combination 1 consists of high-strength steel on both sides, while material combination 2 comprises aluminium on the punch side and high-strength steel on the die side. The material flow and the stress and strain conditions prevailing during the joining process are analysed by means of numerical simulation. The rivet geometry is then improved step-by-step on the basis of this analysis. Finally, the improved rivet geometry is manufactured and the findings of the investigation are verified in experimental joining tests.

Linear damage accumulation of self-pierce riveted joints

L. Masendorf, M. Wächter, S. Horstmann, M. Otroshi, A. Esderts, G. Meschut, Deutscher Verband für Materialforschung und -prüfung e.V., 2020

Abstract

Joining technology is regarded as a key technology for reducing energy consumption and CO2 imitation as well as the use of innovative materials and development of new, resource-saving products. Punch riveting is a widely used and established joining process in many sectors. The white and brown goods, electrical engineering, construction and, in particular, the automotive industry are some of the sectors mentioned here. Since the design and assessment of punch rivet components with regard to structural durability can only be carried out experimentally using prototypes due to a lack of experience and calculation concepts, the improvement of this uneconomical and time-consuming procedure is the goal of this contribution. Therefore, a numerical simulation and design method for cyclically loads punched riveted joints shall be introduced. This concept shall be based on the notch strain concept. The following steps are necessary to achieve the goal shown above: Tensile tests on all materials involved in the joint for determination of tensile strength and quasi-static stress-strain curves Estimation of the cyclic material properties from the tensile strength in order to obtain the strain-life curve and the cyclic stress-strain curve Estimation of mean stress sensitivity from the tensile strength to conduct an amplitude transformation for variable amplitude loadings. Execution of a 2D forming simulation of the joining process to determine the geometry and the stresses and degrees of deformation present in the connection Transferring the results of the forming simulation into a static-mechanical load simulation for determining the relation between the external load and the elastic-plastic strain at the critical point Estimation of the service life by means of the damage parameter Wöhler curves calculated from the strain-life curve In order to verify the simulation and calculation method, service life investigations have been carried out on punched riveted components under constant and variable amplitude load. The test results, as well as the workflow through the fatigue assessment and its accuracy in estimation the fatigue life will be shown in this contribution.

Increased load bearing capacity of mechanically joined FRP/metal joints using a pin structured auxiliary joining element

P. Heyser, V. Sartisson, G. Meschut, M. Droß, K. Dröder, Materials Testing (2020), pp. 55-60

DOI

Resistance spot welding simulation can determine the critical stress- and strain-conditions leading to liquid metal embrittlement formation

M. Biegler, M. Rethmeier, C. Böhne, G. Meschut, in: Joining in Car Body Engineering, 2020

Entwicklung und Qualifizierung einer rechnergestützten Auswertemethode zur Differenzierung der Versagensanteile klebtechnisch gefügter Proben

M. Ditz, G. Meschut, T. Schwarze, D. Smart, 2020

Fatigue life prediction of adhesively bonded FRP-aluminium-joints with hyperelastic behavior under cyclic multiaxial stress state

S. Çavdar, G. Meschut, A. Wulf, O. Hesebeck, M. Brede, B. Mayer, in: Joining in Car Body Engineering 2020, 2020

Einsatzgrenzenerweiterung und Flexibilitätssteigerung von einseitig wirkenden mechanischen Fügeverfahren durch prozessintegrierte Fügeteilerwärmung für den stahlintensiven Leichtbau

M. Ivanjko, G. Meschut, in: 10. Fügetechnisches Gemeinschaftskolloquium, 2020

Simple Determination of Fast Curing Parameters for Bonded Structures

J. Ditter, T. Aubel, G. Meschut, adhesion ADHESIVES + SEALANTS (2020)(1)

Influence of the process temperature on the forming behaviour and the friction during bulk forming of high nitrogen steel

C. Kuball, R. Jung, B. Uhe, G. Meschut, M. Merklein, 2020

Joining of high-strength steel grades in lightweight structures using single-stage resistance element welding on conventional resistance spot welding machines

H. Günter, G. Meschut, in: 73rd IIW Annual Assembly and International Conference, 2020

Offenzeit plasmaaktivierter Polymeroberflächen für robuste klebtechnische Prozesse – OffPlas

V. Aßmuth, D. Teutenberg, G. Meschut, S. Stepanov, A. Stalling, J. Ihde, B. Mayer, in: 20. Kolloquium Gemeinsame Forschung in der Klebtechnik, 2020, pp. 97-98

Aktivieren für robuste Klebprozesse - Wie lange sind plasmaaktivierte Polymeroberflächen offen?

V. Aßmuth, D. Teutenberg, G. Meschut, S. Stepanov, J. Ihde, B. Mayer, Plastverarbeiter (2020), 71(11), pp. 22-25

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https://www.plastverarbeiter.de/106103/wie-lange-sind-plasmaaktivierte-polymeroberflaechen-offen/ - (original)

Development of a numerical method for analyzing the robustness of clinching in versatile process chains

C.R. Bielak, M. Böhnke, M. Bobbert, G. Meschut. Development of a numerical method for analyzing the robustness of clinching in versatile process chains. 2020.

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https://www.mse-congress.de/program/scientific-program/?tx_dgmprogram_fullprogram%5Bsession%5D=9629&tx_dgmprogram_fullprogram%5Baction%5D=show&tx_dgmprogram_fullprogram%5Bcontroller%5D=Session&cHash=84006c1cdd38f631b19682a33e47111e - In many areas of product… (confirmation)

Numerical analysis of the robustness of clinching process considering the pre-forming of the parts

C.R. Bielak, M. Böhnke, R. Beck, M. Bobbert, G. Meschut, Journal of Advanced Joining Processes. (2020)

DOI

Simulationsbasierte Betriebsfestigkeitsanalyse stanzgenieteter Bauteile

M. Otroshi, G. Meschut, L. Masendorf, A. Esderts, Europäische Forschungsgesellschaft für Blechverarbeitung e.V. (EFB), 2020

Abstract

Hybridstrukturen aus Aluminium- und Stahlblechen, wie sie bei modernen Leichtbaukonstruktionen immer häufiger vorkommen, sind oft ein guter Kompromiss zwischen Festigkeit und Gewicht der Konstruktion. Das in der Blechverarbeitung häufig eingesetzte Widerstandspunktschweißen führt bei der Verbindung von artverschiedenen Werkstoffen häufig nicht zu der gewünschten Verbindungsqualität. In solchen Fällen kann das mechanische Fügen mittels Halbhohlstanzniet eine gute Alternative darstellen. Das Ziel dieses Forschungsprojektes ist die Entwicklung einer Berechnungsmethode zur Auslegung von zyklisch belasteten halbhohlstanzgenieteten Bauteilen. Die zu entwickelnde Berechnungsmethodik soll dem späteren Anwender eine Bauteilauslegung mit möglichst geringem experimentellem Aufwand ermöglichen. Um dieses Ziel zu erreichen, werden zwei Vorgehensweisen verfolgt: Vorgehensweise über örtliche Schnittlasten: Für komplexe Geometrien wird ein Ersatzmodell des Fügepunktes entwickelt, welches dieselben Steifigkeiten wie der reale Fügepunkt aufweist. Mit den Kraftkomponenten, die auf den Ersatzfügepunkt wirken und dessen simulativer oder experimenteller Charakterisierung, kann die Lebensdauer für komplexe Bauteile abgeschätzt werden. Für Fügeverbindungen, bei denen am Fügepunkt nur eine geringe Biegebeanspruchung auftritt, kann mit Hilfe des experimentell charakterisierten Fügepunktes eine treffsichere Lebensdauerabschätzung durchgeführt werden. Aufgrund des Fehlens einer geeigneten Probenform zur Charakterisierung des Fügepunktes unter Biegebelastung zeigt die Treffsicherheit bei hohen Biegebeanspruchungen am Fügepunkt Verbesserungspotenzial. Auf Basis der Ergebnisse aus [Mesc 16] wird die Methodik zur Ermittlung der Beanspruchungen in der Fügeverbindung weiterentwickelt und Erkenntnisse über Einflüsse auf die örtlichen Beanspruchungen gewonnen, um den Fügepunkt simulativ charakterisieren zu können. Eine solche Möglichkeit bietet die Anwendung des Örtlichen Konzeptes, das in der FKM-Richtlinie nichtlinear für homogene Werkstoffe standardisiert ist. Der dort beschriebene Algorithmus wird als Ausgangspunkt für die rechnerische Auslegung von Stanznietverbindungen genommen und an deren Bedürfnisse angepasst. Als Eingangsdaten zur Auslegung werden das zyklische Werkstoffverhalten und die Beanspruchungen in der Fügeverbindung benötigt. Das zyklische Werkstoffverhalten der Bleche aus Aluminium EN AW-6181A-T6 und Stahl HX340LAD wurde im Vorgängerprojekt bereits bestimmt. In diesem Projekt folgt die noch fehlende Charakterisierung des Nietwerkstoffs, des Stahls 38B2 H4. Die Bestimmung der Beanspruchungen in der Fügeverbindung unter zyklischer Belastung erfolgt mit Hilfe einer Finite-Elemente-Analyse mit elastisch-plastischem Verformungsverhalten. Verifiziert werden die Simulationsergebnisse, indem die Versagensorte aus Simulation und Versuch sowie die berechneten und experimentellen Lebensdauern miteinander verglichen werden. Zur Berechnung der Beanspruchungen muss die schädigungsrelevante Beanspruchungsgröße identifiziert werden. Hier wird die Normalspannung senkrecht zur Rissausbreitung, die sogenannte rissöffnende oder Mode I Spannung, als auszuwertende Beanspruchungsgröße empfohlen. Mit der Verwendung des Schädigungsparameters PRAM und unter Berücksichtigung der Stützwirkung entsprechend der FKM-Richtlinie nichtlinear ist eine zuverlässige Abschätzung des Versagensortes in der Fügeverbindung möglich. Für die Fügeverbindung aus dem Aluminiumblech EN AW-6181A ist mit dieser Methodik auch eine Lebensdauerabschätzung möglich. Für die Verbindungen, in denen das Aluminiumblech EN AW-6181A und das Stahlblech HX340LAD kombiniert werden, zeigt die Treffsicherheit jedoch noch erkennbares Verbesserungspotential. Die Gründe hierfür werden in Kapitel 7.2.5 und 7.2.6 beschrieben. Eine rechnerische Betriebsfestigkeitsauslegung ist mit Vorgehensweise 1 vergleichsweise einfach möglich. Jedoch sind entgegen des oben formulierten Ziels aufwendige Schwingversuche zur Bestimmung der Versagensbedingungen (Festigkeitswerte) notwendig. Dieser Nachteil kann umgangen werden, indem die Festigkeitsinformationen des einzelnen Fügepunktes unter verschiedenen Belastungsarten mithilfe von Vorgehensweise 2 ermittelt werden. Letztere wiederum eignet sich selbst nicht für eine Auslegung komplexer Bauteile mit mehreren Fügepunkten. Aufgrund der steigenden Berechnungsdauern der Simulation, ist die Anwendung in diesem Fall wirtschaftlich nicht sinnvoll. Durch die beschriebene Kombinationsmethode können die Nachteile der beiden einzelnen Konzepte kompensiert und eine rechnerische Betriebsfestigkeitsauslegung stanzgenieteter Bauteile basierend auf den zyklischen Werkstoffkennwerten durchgeführt werden. Das Ziel des Forschungsvorhabens wurde erreicht. Das IGF-Vorhaben „Simulationsbasierte Betriebsfestigkeitsanalyse stanzgenieteter Bauteile" der Forschungsvereinigung EFB e.V. wurde unter der Fördernummer AiF 19760N über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 545 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Investigation of influencing parameters on the joint formation of the self-piercing riveting process

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FOREL-Wegweiser: Handlungsempfehlungen für den ressourceneffizienten Leichtbau

J. Göddecke, G. Meschut, M. Gude, H. Lieberwirth, E. Tekkaya, M. Zaeh, M. Stegelmann, M. Müller, K. Böhme, T. Krampitz, M. Zöllner, M. Hahn, F. Schmitz, A. Hofer, S. Grohmann, Plattform FOREL, 2020, pp. 82

Stress state dependent damage modeling of self-pierce riveting process simulation using GISSMO damage model

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DOI

Analyse und Vorhersage rezeptur- und zeitabhängiger Enthaftungserscheinungen geklebter SMC-Bauteile

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Auslegungsmethode für zyklisch beanspruchte Stahl/CFK-Klebverbindungen unter besonderer Berücksichtigung des Rissfortschritts

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Offenzeit plasmaaktivierter Polymeroberflächen für robuste klebtechnische Prozesse

V. Aßmuth, D. Teutenberg, G. Meschut, S. Stepanov, J. Ihde, B. Mayer, DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V. , 2020, pp. 116

Analytische Auslegung der Schwingfestigkeit geclinchter Verbindungen

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Experimentelle und numerische Untersuchung der Dämpfungseigenschaften geklebter Strukturen unter dynamischer Beanspruchung

J. Göddecke, G. Meschut, D. Teutenberg, T. Ummenhofer, M. Albiez, J. Damm, A. Matzenmiller, F. Kötz, in: 20. Kolloquium Gemeinsame Forschung in der Klebtechnik, 2020

Auslegungsmethode für zyklisch beanspruchte Stahl/CFK-Klebverbindungen unter besonderer Berücksichtigung des Rissfortschritts

J. Kowatz, D. Teutenberg, G. Meschut, in: 20. Kolloquium Gemeinsame Forschung in der Klebtechnik, 2020

Process design for the forming of semi-tubular self-piercing rivets made of high nitrogen steel

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Avoidance of liquid metal embrittlement during resistance spot welding by heat input dependent hold time adaption

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Prozesskettenbegleitende Vorgehensweise beim Mechanischen Fügen

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Simulationsbasierte Betriebsfestigkeitsanalyse stanzgenieteter Bauteile

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Charakterisierung und Modellierung von Kerbeffekten durch Mischverbindungen in Karosseriebauteilen aus höchstfesten Stählen

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Spannungszustandsabhängige Schädigungsmodellierung zum Halbhohlstanznieten

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Analyse von Reparaturschweißverfahren für pressgehärtete Stähle in der Karosserieinstandsetzung

J. Ditter, G. Meschut, T.M. Wibbeke, Schweißen und Schneiden (2019), 71(6)

Fügetechniken für die Herstellung von Hybridbauteilen

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Influence of the process temperature on the tribological behaviour during bulk forming of high nitrogen steel

C. Kuball, R. Jung, B. Uhe, G. Meschut, M. Merklein, 2019

Erstellung eines Simulationsmodells für die Lebensdauerabschätzung halbhohlstanzgenieteter Bauteile unter zyklischer Belastung

L. Masendorf, M. Wächter, A. Esderts, M. Otroshi, S. Horstmann, G. Meschut, 2019

Entwicklung eines Fügeelements mit integriertem strukturierten Formabschnitt

P. Heyser, G. Meschut, M. Dross, K. Dröder, Europäische Forschungsgesellschaft für Blechverarbeitung e.V, 2019, pp. 100

Untersuchung der Werkzeugbeanspruchung und des Verschleißes beim Schneidclinchen

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Entfüge- und Fügekonzepte von Leichtbaustrukturen in der Karosserieinstandsetzung

T.M. Wibbeke, J. Ditter, G. Meschut, 2019

Design concept for adhesively bonded steel/CFRP structures under cyclic loading

J. Kowatz, G. Meschut. Design concept for adhesively bonded steel/CFRP structures under cyclic loading. 2019.

Analyse und Vorhersage rezeptur- und zeitabhängiger Enthaftungserscheinungen geklebter SMC-Bauteile

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Analyse und Optimierung des Korrosions- und Alterungsverhaltens von hybriden Strukturen aus Metallen und CFK

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Joining Technologies for the Production of Hybrid Components

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Einfache Ermittlung von Schnellhärtungsparametern für elementar geklebte Strukturen

J. Ditter, T. Aubel, D. Teutenberg, G. Meschut, Adhäsion Kleben&Dichten (2019)(1-2)

Geometric and corrosive influences on load-bearing capacity of multi-element shear-clinching specimen

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Robotergestützte Applikation duroplastischer Halbzeuge auf metallische Karosseriestrukturen für die Großserienanwendung

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Einseitiges Widerstandselementschweißen für die stahlintensive Mischbauweise

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Stress-based lifetime prediction of adhesively bonded hybrid hyperelastic joints under multiaxial fatigue loading

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Lebensdauerberechnung hybrider Klebverbindungen – Prüf- und Modellierungsstrategie zur Betriebsfestigkeitsanalyse von semistrukturellen Klebverbindungen mit FKV-Fügepartner

K. Tittmann, I. Koch, M. Gude, S. Çavdar, D. Teutenberg, G. Meschut, J. Wacker, G. Rybar, T. Melz, A. Wulf, M. Brede, O. Hesebeck, B. Mayer, in: Werkstoffwoche 2019, 2019

Stress-based fatigue life prediction of adhesively bonded hybrid hyperelastic joints under multiaxial stress conditions

S. Çavdar, D. Teutenberg, G. Meschut, A. Wulf, O. Hesebeck, M. Brede, B. Mayer, International Journal of Adhesion and Adhesives (2019)

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Einfluss fertigungsbedingter Toleranzen auf das Versagens- und Verformungsverhalten mechanisch gefügter Verbindungen unter Crashbelastung

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Analytische Auslegung der Schwingfestigkeit geclinchter Verbindungen

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Investigation of long-term behavior of adhesive bonds under combined hygro-thermo-mechanical load

S. Sander, G. Meschut, D. Teutenberg, 2019

Entwicklung einer Methode zur Auslegung von Klebverbindungen in schwingbeanspruchten Konstruktionen des Landmaschinen- und Anlagenbaus (P1121)

J. Göddecke, G. Meschut, M. Laubrock, T. Göhrs, G. Kötting, Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V. , 2019