Literatur : [ Stahl/Werkstoffe allg. ]
Untersuchungen zur Anwendung hoch- und höchstfester Stähle für walzprofilierte Fahrzeugstrukturkomponenten
Ausgelöst durch gestiegene Leichtbauanforderungen im Automobilbau kommen in
modernen Fahrzeugkarosserien vermehrt hoch- und höchstfeste Stähle zum Einsatz. Mit der Anwendung von hochfesten Stahlwerkstoffen im Karosseriebau treten jedoch zunehmend Probleme bei der Bauteilherstellung mittels Tiefziehen durch vermindertes Formänderungsvermögen und Rückfederungseffekte auf. Ein
Lösungsansatz stellt die Biegeumformung durch Walzprofilieren dar, da hierbei
geringere Formänderungen auftreten. Die Entwicklung hochfester Stahlwerkstoffe für den Karosseriebau hatte in der Vergangenheit hingegen meist die Zielsetzung
höchste Festigkeit und hohe Duktilität zu kombinieren. Mikrolegierte Stähle,
Dualphasenstähle und TRIP-Stähle sind in modernen Rohkarossen deshalb häufig
anzutreffen. Partiell-Martensitische Stähle (PM-Stähle/Complexphasenstähle) sind
wegen geringer Bruchdehnungskennwerte meist nicht in Betracht gezogen worden.
In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass die alleinige Duktilitätsbeurteilung eines Werkstoffs über die Bruchdehnung nicht vollständig ausreicht. Trotz geringster Bruchdehnung zeigten die PM-Stähle im Kerbzugversuch und Lochaufweitungsversuch duktiles Verhalten. Auch im dynamischen Biegeversuch (Crash-Test) konnte das erhebliche Leichtbaupotential für Walzprofile in PM-Stählen bestätigt werden. Da hohe Umformgrade nur in den Radien von Walzprofilen auftreten, nützen TRIP- und DP-Stähle ihr Verfestigungspotential nicht aus.
Weiterhin konnte in simulativen Untersuchungen nachgewiesen werden, dass eine
sichere Vorhersage der vorliegenden Eigenspannungszustände mit nur einem
Volumenelement (MARC) in Blechdickenrichtung nicht möglich ist. Als Alternative zur Erhöhung der Anzahl von Solid-Elementen bieten die Simulation in LS-DYNA, sowie die Simulation mit Solidshell-Elementen in MARC die Möglichkeit genauere
Berechnungsergebnisse bei geringen Rechenzeiten zu erreichen. Während die
Simulation mit Solidshell-Elementen in MARC Vorteile bei der reinen
Prozesssimulation bietet, kann bei Einsatz von LS-DYNA zusätzlich zur Walzprofiliersimulation ein direktes Ergebnismapping für nachfolgende Crash-Simulationen erfolgen. Die vergleichenden Simulationen mit gemappten und ungemappten Bauteilen zeigen jedoch nur geringe Verbesserungen der Intrusionsvorhersage bei der Crash-Simulation von Walzprofilen.