A FEM‐based virtual test‐rig for hybrid metal‐composites clinching joints. Issue 8 (31st July 2019)

• Record Type: Journal Article
• Authors: Dean, A.; Rolfes, R.; Grbic, N.; Hübner, S.; Behrens, B.
• Is Part Of: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. Volume 50:Issue 8(2019:Aug.)
• Page Start: 973
• Page End: 986
• Publication Date: 2019-07-31
• Subjects: Metal -- composites -- multi-material design -- hybrid clinching -- virtual testing -- finite element method (FEM); Metall -- Faser-Kunststoff-Verbund -- Multi-materialer Entwurf -- hybrides Clinchen -- virtueller Prüfstand -- Finite-Elemente-Methode (FEM); Materials -- Periodicals; Materials -- Testing -- Periodicals; 620.1
• DOI: 10.1002/mawe.201800198
• Languages: English
• ISSNs: 0933-5137

Abstract

Abstract: A 3D FEM‐based virtual test‐rig tool for the hybrid metal‐composites clinching technology is developed and built in the commercial finite element software Abaqus. The proposed tool consists of two modules: a module to simulate the hybrid clinching process and another to predict the strength of the clinched joints. At first, experimental results concerning the hybrid metal‐composites (EN AW‐5754‐PA6GF30) clinching are presented. Then, the developed virtual tool is described in detail outlining the constitutive models implemented for the hybrid pairing sheets as well as illustrating the proposed FE numerical procedures. Later, the developed tool is applied to the hybrid pairing EN AW‐5754‐PA6GF30. In comparison to the conducted experiments, the simulation results obtained show the applicability and accuracy of the developed virtual testing tool. Translation abstract: Ein dreidimensionales FEM‐basiertes Simulationsmodell zur virtuellen Prüfung von hybriden Clinchverbindungen aus Faser‐Kunststoff/Metall‐Verbunden wurde entwickelt und in der kommerziellen Finite‐Elemente‐Software Abaqus aufgebaut. Das Simulationsmodell besteht aus zwei Berechnungsmodulen: Einem zur Simulation des hybriden Clinchprozesses, und einem weiteren zur numerischen Vorhersage der Festigkeit der hybriden Clinchverbindung. Zunächst werden experimentelle Ergebnisse zum hybriden Clinchen der Faser‐Kunststoff/Metall‐Verbunde (EN AW‐5754 / PA6GF30) vorgestellt. Anschließend wird das entwickelte Berechnungsmodell detailliert beschrieben, wobei hier insbesondere auf die konstitutiven Materialmodelle, die für die einzelnen Fügeparameter in Abaqus implementiert worden sind, sowie auf das Simulationsverfahren eingegangen wird. Nach Berechnung des hybriden Clinchprozesses und erfolgreicher Modellvalidierung wird das Berechnungsmodul zur virtuellen Prüfung der Verbindungsfestigkeit angewandt. Durch den Vergleich der Simulationsergebnisse mit den experimentellen Daten wird die Anwendbarkeit und Genauigkeit des hier entwickelten virtuellen Prüfstands aufgezeigt.