Mehrskalige Modellierung von Fügeprozessen unter Berücksichtigung des thermomechanischchemischen Verhaltens in der Grenzschicht

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Stefanie Reese
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 264271912

Fügeprozesse, darunter die in diesem Vorhaben als Beispiele betrachteten Verfahren des Walzplattierens und des Clinchens, sind durch ein kompliziertes Zusammenspiel von plastischer Deformation,thermomechanischen Kopplungseffekten, Adhäsions- und Diffusionsvorgängen sowie 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 dasKorrosionsverhalten, das Ermüdungsverhalten sowie Verbindungsfestigkeit und Fügestellen- und Verbundeigenschaften erarbeitet werden. Es wird unterschieden zwischen der Modellierung auf der Mikroebene, die eine weitgehend prozessunabhängige Untersuchung der materialphysikalischenund -chemischen 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 thermomechanisch-chemischen Verhaltens in der Grenzschicht, das durch eine signifikante Erweiterung der Kohäsivzonentechnik erreicht werden soll. Die makromechanische Modellierung wird mit Hilfe einer Datenbasisaufgebaut, die durch umfangreiche Parameterstudien auf der Mikroebene gefüllt und durch experimentelle Ergebnisse aus dem vorliegenden Projekt sowie Partnerprojekten ergänzt wird. Der Einfluss mikro- bzw. makromechanischer Prozessparameter auf das Fügeergebnis sollauf der jeweiligen Modellierungsebene präzise erfasst werden. Mittelfristiges Ziel des Forschungsvorhabens ist es, das neue Simulationswerkzeug so leistungsfähig zu machen, dass es die Vorhersagbarkeit der Ergebnisse unterschiedlicher Fügeprozesse und die Auswahl eines geeigneten Fügeprozesses für bestimmte Anforderungen, u.a. Prozesssicherheit und Reproduzierbarkeit, ohne zusätzliche experimentelle Untersuchungen erlaubt.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1640: Fügen durch plastische Deformation
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Ivaylo Vladimirov