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Oral-Poster-Präsentation

Einheitliches Prüfkonzept für die Schercharakterisierung metallischer Blechwerkstoffe in einem weiten Dehnratenbereich

Wednesday (04.12.2019)
10:40 - 10:45 Uhr

Scherbelastung stellt sich für die Crashsicherheit als besonders kritischer Lastfall dar, da duktiles Versagen plötzlich ohne vorherige Einschnürung geschieht. Zusätzlich treten für hochfeste Stähle und verschiedene Aluminiumlegierungen deutlich niedrigere Versagensdehnungen unter crashartiger als unter quasistatischer Scherbelastung auf. Daher ist eine dehnratenabhängige Schercharakterisierung von Blechwerkstoffen für die Erstellung von Bruchkurven in der Crashsimulation unumgänglich. Bereits unter quasistatischer Belastung ist die Schercharakterisierung eine Herausforderung, sodass in der Vergangenheit unterschiedlichste Prüfkonzepte und Probengeometrien entwickelt wurden. In diesem Beitrag wird ein Prüfkonzept für eine einheitliche Schercharakterisierung vorgestellt, das für metallische Blechwerkstoffe verschiedenster Festigkeiten, Duktilitäten und Blechdicken in einem weiten Dehnratenbereich, geeignet ist. Als Probengeometrien dienen Schrägkerb-Scherzugproben, die quasistatisch und dynamisch einsetzbar sind, einfache Probenfertigung ohne Dickenbearbeitung erlauben und bei denen die Scherzone für optische Dehnungsmessung einsehbar ist. Da das Scherverhalten abhängig ist vom Werkstoffverhalten, Blechdicke und Geometrieparametern der Scherzone, wurde eine werkstoff- und dickenabhängige Parameteroptimierung durchgeführt. Ziel war die Verringerung der Wahrscheinlichkeit für Kerbanriss und die Erzeugung eines Scherbelastungszustandes in der Scherzone. Es zeigte sich, dass ein negativer Versatz der Kerben überlagerte Zugspannungen und die Wahrscheinlichkeit für Kerbanriss reduziert. Auf Basis dieser numerischen und experimentellen Studien für verschiedene hoch- bis höchstfeste Stahlblechwerkstoffe wurde eine Empfehlung für eine Scherzugprobengestaltung erarbeitet, die in Abhängigkeit von Werkstoffkennwerten aus dem einachsigen Zugversuch für verschiedene Duktilitätsklassen einen geeigneten negativen Kerbüberlappwinkel und eine blechdickenabhängige Scherlänge vorgibt. Gegenüber früheren Untersuchungen konnten höhere Scherdehnungen vor Bruch und Lastpfade näher im Scherbereich nachgewiesen werden. Bruchbilder, Hochgeschwindigkeitsvideoaufnahmen und REM-Untersuchungen gaben nur in einzelnen Fällen Hinweise auf Kerbanriss. Diese Gestaltungsempfehlung wurde an weiteren Stahlsorten, Aluminium und Kupfer erfolgreich validiert und dient nun als Basis für eine einheitliche dehnratenabhängige Schercharakterisierung für verschiedenste metallische Blechwerkstoffe.

Sprecher/Referent:
Silke Klitschke
Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM
Weitere Autoren/Referenten:
  • Frank Huberth
    Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM