Mehrskalige Modellierung von Fügeprozessen unter Berücksichtigung des thermomechanisch-chemischen Verhaltens in der Grenzschicht

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Stefanie Reese
• Fachliche Zuordnung: Mechanik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 227716235

Fügeprozesse, darunter die in diesem Vorhaben als Beispiele betrachteten Verfahren des Walzplattierens, des Kaltfließpressens und des Clinchens, sind durch ein kompliziertes Zusammenspiel von plastischer Deformation, thermomechanischen Kopplungseffekten und komplexen Interaktionen zwischen den beteiligten Mikrostrukturen gekennzeichnet. Die Gestaltung neuer oder verbesserter Fügetechnologien erfordert ein grundlegendes Verständnis der Wirkmechanismen, das durch eine rein experimentelle Arbeitsweise kaum zugänglich ist. Aus diesem Grund beschäftigt sich das vorliegende Projekt mit einer fundierten mehrskaligen Modellierung der den Fügeprozess wesentlich beeinflussenden Effekte. Insbesondere sollen Aussagen über Verbindungsfestigkeit und Verbundeigenschaften erarbeitet werden. Es wird unterschieden zwischen der Modellierung auf der Mikroebene, die eine weitgehend prozessunabhängige Untersuchung der materialphysikalischen Abläufe beim Fügen erlaubt, und der makromechanischen Modellierung zur Berücksichtigung der strukturmechanischen Besonderheiten konkreter Prozesse. Im Vordergrund steht hierbei die möglichst genaue aber skalenadäquate Auflösung des thermomechanischen Verhaltens in der Grenzschicht, das durch eine signifikante Erweiterung der Kohäsivzonentechnik erreicht werden soll. Die makromechanische Modellierung wird mit Hilfe einer Datenbasis aufgebaut, die durch Parameterstudien auf der Mikroebene gefüllt und durch experimentelle Ergebnisse aus dem vorliegenden Projekt sowie Partnerprojekten ergänzt wird. Der Einfluss mikrobzw. makromechanischer Prozessparameter auf das Fügeergebnis soll auf der jeweiligen Modellierungsebene präzise erfasst werden. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, das im Wesentlichen bereits bestehende Simulationswerkzeug so leistungsfähig zu machen, dass es die Vorhersagbarkeit der Ergebnisse unterschiedlicher Fügeprozesse und die Auswahl eines geeigneten Fügeprozesses für bestimmte Anforderungen, u.a. Robustheit und Reproduzierbarkeit eines Prozesses, ohne zusätzliche experimentelle Untersuchungen erlaubt.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1640: Fügen durch plastische Deformation
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Stephan Wulfinghoff