Fakultät für Maschinenbau - Meschut (Universität Paderborn)

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

DOI

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.

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.

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

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

M. Otroshi, M. Rossel, G. Meschut, Journal of Advanced Joining Processes (2020), 1

DOI

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

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

Spannungszustandsabhängige Schädigungsmodellierung zum Halbhohlstanznieten

M. Otroshi, G. Meschut. Spannungszustandsabhängige Schädigungsmodellierung zum Halbhohlstanznieten. 2020.

Download

https://umformtechnik.net/blech/Inhalte/Aus-der-Forschung/Spannungszustandsabhaengige-Schaedigungsmodellierung-zum-Halbhohlstanznieten

2019

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

J.A. Striewe, T. Tröster, J. Kowatz, G. Meschut, R. Grothe, G. Grundmeier, Europäische Forschungsgesellschaft für Blechverarbeitung, 2019

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

G. Meschut, S. Meyer, J. Ditter, C.. Schmal, lightweight.design (2019)(3)

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

Einfache Ermittlung von Schnellhärtungsparametern für elementar geklebte Strukturen

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

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

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

Entwicklung und Charakterisierung klebtechnisch gefügter Stahl/CFK-Prüfkörper zur Ableitung einer Auslegungsmethode

J. Kowatz, D. Teutenberg, G. Meschut, in: 9. Doktorandenseminar Klebtechnik, DVS Media GmbH, 2019, pp. 41-47

Methodenentwicklung zur Ermittlung von Schnellhärtungsparametern für elementar geklebte Strukturen

J. Ditter, G. Meschut, DVS Media GmbH, 2019

Untersuchung des Diffusions- und Kurzzeitverhaltens von Klebverbindungen unter kombinierter hygro-thermo-mechanischer Beanspruchung

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

Simulationsbasierte Betriebsfestigkeitsanalyse stanzgenieteter Bauteile

M. Otroshi, G. Meschut, L. Masendorf, A. Esderts, Europäische Forschungsgesellschaft für Blechverarbeitung e.V., 2019, pp. 75-80

Entfüge- und Fügekonzepte für geklebte Leichtbaustrukturen

J. Ditter, G. Meschut, T.M. Wibbeke, Adhäsion Kleben&Dichten (2019)(6), pp. 18-24

Methodenentwicklung zur Langzeitprognose von Klebverbindungen bei kombinierter Temperatur- und Medieneinwirkung

S. Sander, D. Teutenberg, G. Meschut, U. Kroll, A. Matzenmiller, in: 19. Kolloquium Gemeinsame Forschung in der Klebtechnik, 2019

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

J. Kowatz, D. Teutenberg, G. Meschut, in: 19. Kolloquium Gemeinsame Forschung in der Klebtechnik, 2019

Joining Technologies for the Production of Hybrid Components

G. Meschut, S. Meyer, J. Ditter, C. Schmal, lightweight.design worldwide (2019)(3)

Joining and Disjoining Concepts for Adhesive Bonded Lightweight Structures

J. Ditter, G. Meschut, T.M. Wibbeke, adhesion ADHESIVES + SEALANTS (2019)(3), pp. 12-16

Einbringen selbststanzender Gewindeelemente während der Warmumformung von 22MnB5

S. Meyer, G. Meschut, B. Behrens, S. Hübner, H. Vogt, 2019

Experimentelle Ermittlung von Eingangsdaten für eine simulationsbasierte Lebensdauerabschätzung halbhohlstanzgenieteter Bauteile

L. Masendorf, M. Wächter, A. Esderts, S.. Horstmann, M. Otroshi, G. Meschut, Deutsche Gesellschaft für Materialkunde e.V. (DGM), 2019

2018

Qualification of Fast Curing Processes for Elementary Bonded Structures

J. Ditter, G. Meschut, 2018

Mechanical properties of repair welded joints for automobile body structures

J. Ditter, M. Wünsche, G. Meschut, T.M. Wibbeke, Welding in the World (2018), pp. 237-247

DOI

Funktionsintegration in der Warmblechumformung

S. Meyer, G. Meschut, B. Behrens, H. Vogt, A. Neumann, Werkstattstechnik online (2018)

Design and Testing of Co-Cured Bonded CFRP-Steel Hybrids with Nanostructured Interfaces for Interlaminar Fracture Toughness

J.A. Striewe, R. Grothe, J. Kowatz, T. Tröster, G. Grundmeier, G. Meschut, 2018

2017

Einbringen von Funktionselementen bei der Warmumformung von 22MnB5

S. Meyer, G. Meschut, B. Behrens, S. Hübner, A. Neumann, 2017

Anforderungsgerechte Analyse instationärer Zustände bei der Verarbeitung von Zweikomponentenklebstoff

G. Meschut, L. Ernstberger, J. Ditter, Schweißen und Schneiden (2017), 69(9)

Mechanical properties of repair welded joints for automobile body structures

J. Ditter, M. Wünsche, G. Meschut, T.M. Wibbeke, 2017

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Prof. Dr.-Ing. Gerson Meschut