Beitrag zur Prozesskettensimulation geschweißter Aluminium-Karosserieanbauteile

Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung eines FE-Modells zur Bewertung der Maßhaltigkeit von Karosserieanbauteilen aus Aluminium. Betrachtet werden der Einfluss von Spannprozess und Schweißverzug. Im Fokus der Untersuchungen steht die Ermittlung der Anwendungsgrenzen des Modells. Das Positionieren und Einspannen wird prozessnah, unter Berücksichtigung nichtlinearen Kontaktverhaltens und Reibung modelliert. Die Simulation des Schweißverzugs basiert, vor dem Hintergrund der Rechenzeitreduktion, auf einem mechanischen Ersatzmodellansatz. Schweißverzug wird in linear elastischen Analysen durch eine mechanische Ersatzlast induziert. Für die Ermittlung der mechanischen Ersatzlast wird ein experimentell geprägtes Verfahren eingeführt, das auf dem Abgleich des Schweißverzugs aus Experiment und Simulation definierter Kalibrierproben basiert. Die Ermittlung der Randbedingungen zur Gestaltung von Kalibrierproben erfolgt im Rahmen von Untersuchungen der Haupteinflussfaktoren auf den Schweißverzug von Karosserieanbauteilen. Der Nachweis der Funktionsfähigkeit des gekoppelten Simulationsmodells wird anhand einer realitätsnah gestalteten Anbauteil- Versuchsbaugruppe erbracht. Die modellbasierte Prognose ermöglicht das Treffen erster Aussagen bezüglich der Maßhaltigkeit eines Anbauteils, bedingt durch Spannprozess und Schweißverzug, zu einem frühen Zeitpunkt des Produktentstehungsprozesses. The objective of the present thesis is to develop a FE-model for the evaluation of dimensional accuracy of aluminium add-on body parts. Besides, the influence of clamping process and welding distortion is taken into account. The focus of the examinations is the determination of the model’s application limits. Considering non-linear contact behaviour and friction, the positioning and clamping are modelled close-to-process. The simulation of welding distortion is based on a simplified mechanical model, in order to save computation time. Welding distortion is induced through a mechanical equivalent load, in linear elastic analysis. An experimental procedure is introduced to determine the mechanical equivalent load. It is based on the balance of experimentally und simulatively determined welding distortion of defined calibration samples. The constraints for the design of calibration samples are identified by analysing the main influential factors of welding distortion of add-on body parts. Proof of the functioning of the coupled simulation model is produced by means of a close to reality designed experimental add-on body part. The modelbased prognosis allows making first predictions regarding the dimensional accuracy of body parts due to the clamping process and welding distortion at an early stage of the product creation process.