Ermittlung von Festigkeitskennwerten für die konstruktive Auslegung von Clinch- , Stanzniet- und Blindnietverbindungen
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 - 59,00 EUR (s/w 117 Abb., 28 Tab.)
ISBN 978-3-86776-330-1
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.
Inhaltsverzeichnis
Beschreibung des Grenzkriteriums der elastischen Verformung
Grundsätzliche Möglichkeiten
Beispiele für Kenngrößen
Sicherheitstechnische Betrachtungen
Sicherheit im ingenieurwissenschaftlichen Kontext
Beschreibung von Sicherheit
Globale Sicherheit
Teilsicherheiten
Beispiele für quantifizierte Sicherheiten
Abschätzung von Sicherheitsbeiwerten für mechanisch gefügte Verbindungen
Grundlagen einer Kenngröße Ersatzkraft
Hilfskriterium Differenzenquotient
Hilfskriterium Verlängerung von ?l = 0,1 mm
Verbindungsprüfung
Nomenklatur der Versuchsreihen
Grundwerkstoffe und Blechdicken
Verbindungen
Probengestalt
Probenfertigung
Ermittlung der statischen Festigkeit
Ermittlung der Kenngröße Ersatzkraft
Ergebnisse der Verbindungsprüfung
Einpunkt-Proben
Quasistatischen Festigkeit
Kenngröße Ersatzkraft
Mehrpunkt-Proben
Quasistatischen Festigkeit
Kenngröße Ersatzkraft
Vergleich von Grenzkriterien der elastischen Verformung
Bauteilähnliche Proben
Probengestalt und Fertigung
Konzept der Grenznahtfestigkeit
Grundlagen
Herleitung des Konzepts
Beispiel für Bemessung mittels Ersatzkraft und Grenznahtfestigkeit
Bewertung der praktischen Anwendbarkeit
Anwendbarkeit der Ergebnisse
Anwendbarkeit der Methode
Literatur
