DigiBody - Digitale Prozesskette zur Abbildung und Optimierung der Fügetechnik im Rohbau

Abstract

Hybrider Leichtbau ist eine der Schlüsseltechnologien zukünftiger, effizienzoptimierter und emissionsarmer Fahrzeugkonzepte. Ziel ist die optimale Kombination verschiedener Materialien. Insbesondere im Fahrzeug-Crash sind Fügestellen einer sehr hohen dynamischen Belastung ausgesetzt und müssen die Integrität der Struktur gewährleisten. Dies bedingt derzeit eine hohe Anzahl an mechanischen und geschweißten Fügestellen. Durch den zukünftig zu erwartenden, vermehrten Einsatz von Klebflächen können dagegen Steifigkeit und Festigkeit erhöht werden. Daraus ergeben sich jedoch neue Herausforderungen im Fertigungsprozess: Durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten im hybriden Strukturdesign kommt es zu hohen Relativbewegungen und Vorschädigungen der Fügepartner bereits im KTL-Trocknungsprozess. Um die Substitution mechanischer Fügestellen durch Klebungen zu ermöglichen, ist eine hohe Güte der Vorhersagbarkeit des Verbindungsverhaltens nötig. Hierfür müssen die Kleb- und mechanischen Fügestellen charakterisiert und simulierbar werden. Der Aufbau bisheriger Berechnungsmodelle betrachtet die Struktur jedoch in einem „idealen Zustand“ – ohne eine mögliche Vorschädigung im Herstellungsprozess. Ziel des Vorhabens DigiBody war daher die digitale Vorhersagbarkeit der Güte von Verbindungen in komplex belasteten Bauteilen, unter Berücksichtigung der realen Produktions- und Betriebsinformationen. Folgende Ziele wurden verfolgt:

Verständnis für die Akkumulation von Schädigungen an Fügestellen und Bauteil während des Herstellungsprozesses und Schaffung einer Simulationsmethodik Abbildung der Fügeprozesse für Klebstoff und mechanische Fügetechnik Entwicklung und Validierung eines Simulationsverfahrens zur Simulation des Klebstoff-Fließprozesses Entwicklung von zuverlässigen Ersatzmodellen der Fügestellen zur digitalen Funktionsabsicherung Umfassende Materialcharakterisierung mit der Entwicklung eines validen Berechnungsmodells

Datei-Upload durch TIB Hybrid lightweight construction is a key technology for future, efficiency-optimized and low-emission vehicle concepts. The aim is to optimally combine different materials. Particularly in vehicle crashes, joints are exposed to very high dynamic loads and must ensure the integrity of the structure. Currently this requires many mechanical and welded joints. The increased use of adhesives expected in the future can increase rigidity and strength. However, this creates new challenges in the manufacturing process: the different thermal expansion coefficients in the hybrid structural design leads to high relative movements and pre-damaging of the joining partners as early as the cathodic dip-drying process. In order to enable the substitution of mechanical joints with adhesives, a high level of predictability of the joint behavior is required. For this, the adhesive and mechanical joints must be characterized and simulated. The constitutive models of actual simulation models, however, consider the adhesives in an "ideal state" - without any possible preliminary damage due to the manufacturing process. The aim of the DigiBody project was therefore to digitally predict the quality of connections in complexly loaded components, taking into account the real production and operating information. The following goals were pursued:

Understanding the accumulation of damage in joints and components during the manufacturing process and development of a respective simulation methodology Mapping of the joining processes for adhesive and mechanical joining technology Development and validation of a method for simulating the adhesive flow process Development of reliable models of the adhesives and joints for digital functional validation Comprehensive material characterization and development of a valid simulation model