Bei Crash-Simulationen werden Schraubenverbindungen bisher in den meisten Fällen durch eine vereinfachte Ersatzmodellierung abgebildet. Eine leistungsfähigere Modellierung bei günstigen Kosten ist nötig. Im Rahmen eines Forschungsprojektes entwickelte CAE-Spezialist TECOSIM einen automatischen Schraubengenerator für Crash-Simulationen in ABAQUS.

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Entwicklung eines automatischen Schraubengenerators für Crash-
Simulationen in ABAQUS
Kurzzusammenfassung der Ergebnisse

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Schraubenverbindungen im Fahrzeugbau
Juli 2016 Entwicklung eines automatischen Schraubengenerators für Crash-Simulationen in ABAQUS2
1. AUSGANGSSITUATION
§ Neben Schweißverbindungen sind Schrauben die häufigsten
Verbindungsmittel
§ Ein Mittelklassefahrzeug enthält circa 250 sicherheitsrelevante
Schrauben
§ Bei Crash-Simulationen werden Schraubenverbindungen bisher
in den meisten Fällen durch eine vereinfachte
Ersatzmodellierung abgebildet
§ Die Anforderungen an die Prognosefähigkeit der
Gesamtfahrzeugsimulationen und für den Insassenschutz
steigen
§ Eine leistungsfähigere Modellierung bei günstigen Kosten ist
nötig

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Hauptziele
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2. AUFGABENSTELLUNG
§ Programmierung einer Schrauben-GUI (graphical user interface) für ANSA, um Solid-Schrauben automatisch zu erzeugen
§ Materialkarten von Schrauben für verschiedene Festigkeitsklassen erstellen und validieren.
Die Bruchkraft soll möglichst mit Theoriewerten oder Versuchsdaten übereinstimmen
- Betrachtete Schraubengrößen: M8, M10, M12, M14, M16, M18
- Betrachtete Festigkeitsklassen: 6.8, 8.8, 10.9, 12.9
- Art des Gewindegangs: metrisch
- Für Materialeigenschaften: elastische Deformation
plastische Deformation
Einschnürung bis zum Bruch
- Kriterien zur Beurteilung der Schraubenmodellierungsgüte: Zugbruchkraft, Scherbruchkraft

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Mögliche Schraubenvarianten
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3. PROJEKTBESCHREIBUNG / UMSETZUNG
Vier Varianten der Schraubenmodellierung:
(A) Schrauben mit Mutter und Schaft
(B) Schrauben mit Mutter, aber ohne Schaft
(C) Schrauben ohne Mutter, aber mit Schaft
(D) Schrauben ohne Mutter und ohne Schaft

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Schrauben-GUI für Schrauben mit Mutter
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3. PROJEKTBESCHREIBUNG / UMSETZUNG
§ Gebiet 1: Wahl von Schraubengröße,
Festigkeitsklasse,
Art der Schraubenverbindung
§ Gebiet 2: Definition Schraubengeometrie
§ Gebiet 3: Parameter für Vorspannung
§ Gebiet 4: Schrauben erzeugen und positionieren
(Schraube wird automatisch nummeriert,
Kontakte zum Flansch erstellt, für Output als
einzelnes Include vorbereitet)

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Ergebnis
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4. ERGEBNISSE UND AUSBLICK
§ Das Tool wurde entwickelt, um einfacher und schneller als bisher qualitativ hochwertige Schraubenmodelle für Crash-Lastfälle
erzeugen zu können
§ Über eine einfache GUI (graphical user interface) lassen sich die Schrauben inklusive Vorspannungsberechnung erzeugen und mit
drei Klicks positionieren
§ Die Schrauben werden über einen Connector vorgespannt, so dass eine realistische Klemmung erreicht wird
§ Zusätzlich wurde ein Materialmodell mit Versagenskriterium erstellt und validiert, welches viele gängige Schraubengrößen und
Festigkeitsklassen berücksichtigt
§ Das Modell basiert auf theoretischen Werten aus den Schrauben-Tabellen
§ Die Schrauben zeigen in den Testlastfällen ein vergleichbares und realistisches Ergebnis, größere Abweichungen treten erst bei
höheren Verformungsgeschwindigkeiten auf

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