Dr.-Ing. David Hein - Kontakt (Universität Paderborn)

Development of a crash behaviour prediction method for resistance spot welded 3-steel sheet joints

V. Olfert, G. Meschut, D. Hein, L. Schuster, S. Sommer, SCT, 2022

The recent trend towards extensive electric mobility leads to a variety of new challenges for the engineering of future vehicle concepts. One particular challenge is the additional weight added to the vehicle by the battery, which stands in direct contrast to the existing customer expectation of a high driving range. The reduction of the total vehicle weight is driven by the extensive use of ultra-high-strength steels in thin sheet thicknesses in car body construction. Resistance spot welding is the dominant joining process in steel-intensive lightweight construction due to its high degree of automation, process reliability and the associated economic efficiency. In order to comply limitations of the space in the vehicle body and to ensure the most efficient use of materials in lightweight construction, joints are used that connect several sheets with a single spot weld. This leads to new challenges for the prediction of the load-bearing capacity and failure behaviour under crash loading. This paper presents a systematic characterisation of 3 sheet steel joints in order to find formulary, empirical relationships between the load-bearing capacity of the joint and the affecting parameters. Numerical simulations are carried out in order to clarify the causes of occurring phenomena in experiments. For this purpose, influencing variables such as joint strength, joint arrangement, sheet thickness, sheet strength, load type and load case on the load bearing capacity and failure behaviour are identified. Furthermore, the extent to which the behaviour of 2-sheet joints can be transferred to 3-sheet joints is investigated. A formulary correlation enables a quick and inexpensive estimates of the load-bearing capacity of 3-sheet metal connections. These models can be used for a computer-efficient simulation of components with three layered spot welded joints.

Functionality Study of an Optical Measurement Concept for Local Force Signal Determination in High Strain Rate Tensile Tests

M. Böhnke, E. Unruh, S. Sell, M. Bobbert, D. Hein, G. Meschut, Key Engineering Materials (2022), 926, pp. 1564-1572

Abstract

DOI

<jats:p>Many mechanical material properties show a dependence on the strain rate, e.g. yield stress or elongation at fracture. The quantitative description of the material behavior under dynamic loading is of major importance for the evaluation of crash safety. This is carried out using numerical methods and requires characteristic values for the materials used. For the standardized determination of dynamic characteristic values in sheet metal materials, tensile tests performed according to the guideline from [1]. A particular challenge in dynamic tensile tests is the force measurement during the test. For this purpose, strain gauges are attached on each specimen, wired to the measuring equipment and calibrated. This is a common way to determine a force signal that is as low in vibration and as free of bending moments as possible. The preparation effort for the used strain gauges are enormous. For these reasons, an optical method to determine the force by strain measurement using DIC is presented. The experiments are carried out on a high speed tensile testing system. In combioantion with a 3D DIC high speed system for optical strain measurement. The elastic deformation of the specimen in the dynamometric section is measured using strain gauges and the optical method. The measured signals are then compared to validate the presented method. The investigations are conducted using the dual phase steel material HCT590X and the aluminum material EN AW-6014 T4. Strain rates of up to 240 s-1 are investigated.</jats:p>

Testing, modelling, and parameter identification for adhesively bonded joints under the influence of temperature

L. Schmelzle, M. Striewe, J. Mergheim, G. Meschut, G. Possart, D. Teutenberg, D. Hein, P. Steinmann, Journal of Adhesion Science and Technology (2022)

DOI

Einfluss fertigungsbedingter Toleranzen auf das Versagens- und Verformungsverhalten mechanisch gefügter Verbindungen unter Crashbelastung

V. Olfert, G. Meschut, D. Hein, P. Rochel, S. Sommer. Einfluss fertigungsbedingter Toleranzen auf das Versagens- und Verformungsverhalten mechanisch gefügter Verbindungen unter Crashbelastung. In: 11. Fügetechnisches Gemeinschaftskolloquium, Dresden, 2021.

Analytische Auslegung der Schwingfestigkeit geclinchter Verbindungen

E. Unruh, D. Hein, G. Meschut, in: 10. Fügetechnisches Gemeinschaftskolloquium, 2020

Charakterisierung und Modellierung von Kerbeffekten durch Mischverbindungen in Karosseriebauteilen aus höchstfesten Stählen

P. Bähr, S. Sommer, E. Unruh, D. Hein, G. Meschut, 2020

Numerical simulation of high-speed joining of sheet metal structures

G. Meschut, D. Hein, M. Gerkens, Procedia Manufacturing (2019), pp. 280-287

DOI

Fatigue life investigation of resistance spot-welded dual-and complex-phase steels using the LWF-KS-II concept

D. Hein, G. Meschut, G. Tümkaya, 2019

Charakterisierung und Modellierung von Kerbeffekten durch Mischverbindungen in Karosseriebauteilen aus höchstfesten Stählen

E. Unruh, D. Hein, G. Meschut, P. Bähr, S. Sommer, in: 9. Fügetechnisches Gemeinschaftskolloquium, 2019

Analytische Auslegung der Schwingfestigkeit geclinchter Verbindungen

E. Unruh, D. Hein, G. Meschut, in: 9. Fügetechnisches Gemeinschaftskolloquium, 2019

Stahlintensiver Mischbau – artverschieden und doch verbunden!

D. Hein, G. Meschut, D. Teutenberg, in: WerkstoffWoche , 2017

Experimentelle und numerische Untersuchungen des Crashverhaltens hybridgefügter Verbindungen

D. Hein, G. Meschut, A. Matzenmiller, A. Nelson, in: 16. Kolloquium Gemeinsame Forschung in der Klebtechnik , 2016

Werkstoffgerechte Fügetechnologien als Schlüssel für innovative Mischbauweisen

D. Hein, G. Meschut, in: Anwendertreff Leichtbau, 2016

Erweichungszonen beim Widerstandspunktschweißen von DP- und CP-Stählen – Analyse und Bewertung der Verbindungen im Hinblick auf die Tragfähigkeit

D. Hein, G. Meschut, G. Tümkaya, DVS Media GmbH, 2016

Investigation of parameters for the numerical simulation of self-pierce-riveted joints under crash load

D. Hein, G. Meschut, O. Hahn, in: METEC and 2nd ESTAD, 2015

Charakterisierung und Modellierung von mechanischen Fügeverbindungen mit einseitiger Zugänglichkeit für den profilintensiven Leichtbau unter Crashbelastung

D. Hein, P. Giese, G. Meschut, P. Gumbsch, S. Sommer, M. Bier, 2015

Daten- und prognosebasierte Generierung von Modellparametern für die Crashsimulation mechanisch gefügter Verbindungen

D. Hein, P. Giese, G. Meschut, P. Gumbsch, S. Sommer, M. Bier, A. Iwainsky, D. Herfert, M. Günther, in: 5. Fügetechnisches Gemeinschaftskolloquium, 2015

Experimentelle und numerische Untersuchungen des Crashverhaltens hybridgefügter Verbindungen

D. Hein, G. Meschut, O. Hahn, A. Matzenmiller, A. Nelson, in: 4. Fügetechnisches Gemeinschaftskolloquium, 2014

Investigations on Laser Beam Welding Dissimilar Material Combinations of Austenitic High Manganese (FeMn) and Ferrite Steels

V. Behm, M. Höfemann, A. Hatscher, A. Springer, S. Kaierle, D. Hein, M. Otto, L. Overmeyer, Physics Procedia (2014), pp. 610-619

DOI

Beitrag zur Kennwertermittlung für die numerische Simulation des Tragverhaltens von Halbhohlstanznietverbindungen unter Crashbelastung

D. Hein, Shaker Verlag GmbH, 2014

Abstract

Bei der Umsetzung von innovativen Leichtbaukonzepten finden verstärkt mechanische Fügeverfahren Anwendung. Folglich werden im Automobilbau, neben den konventionellen Fügeverfahren wie dem Widerstandspunktschweißen, mechanische Verbindungstechniken, wie z.B. das Halbhohlstanznieten eingesetzt.Für den effektiven Einsatz dieser Fügetechniken insbesondere in crashrelevanten Bereichen fehlen jedoch bislang Verbindungskennwerte, die eine Vorhersage über das Tragverhalten dieser Verbindungen ermöglichen. Das Ziel dieser Arbeit war es, das Tragverhalten von Halbhohlstanznietverbindungen für den Lastfall Crash zu charakterisieren und eine Methode aufzuzeigen, mit deren Hilfe es möglich ist, das experimentell ermittelte Verhalten rechnerisch abzuschätzen. Diese Arbeit beinhaltet, neben der experimentellen Ermittlung von Werkstoffkennwerten, die Ergebnisse zur Charakterisierung der Tragfähigkeit von Halbhohlstanznietverbindungen unter Crashbelastung. Dabei wird neben der einfach überlappten Zugscher- und Schälzugprobe das patentierte LWF-KS-2-Prüfkonzept eingesetzt, welches Tragfähigkeitsuntersuchungen unter Berücksichtigung der Lasteinleitungsrichtung und der Belastungsgeschwindigkeit erlaubt. Als Versuchswerkstoffe kamen dabei der mikrolegierte Stahlwerkstoff HC340LA,der Bake-Hardening-Stahl HC180BD, der Dualphasenstahl HCT600X sowie die Aluminiumlegierungen EN AW-6014 und EN AW-6060 zum Einsatz. Die experimentell ermittelten Verbindungskennwerte dienten unmittelbar als Eingangsdaten für die rechnergestützte Vorhersage des Trag- und Versagensverhaltens von Halbhohlstanznietverbindungen. Aufbauend darauf wurde in der vorliegenden Arbeit eine Methodik zur Entwicklung und Optimierung eines numerischen Ersatzmodells für Halbhohlstanznietverbindungen unter Crashbelastung dargestellt.

Experimentelle und numerische Untersuchungen des Crashverhaltens hybridgefügter Verbindungen

D. Hein, G. Meschut, O. Hahn, A. Matzenmiller, A. Nelson, in: 3. Fügetechnisches Gemeinschaftskolloquium, 2013

Experimentelle Untersuchung und Simulation des Crashverhaltens mechanisch gefügter Verbindungen

D. Hein, G. Meschut, O. Hahn, M.. Bier, W. Harder, in: 2. Fügetechnisches Gemeinschaftskolloquium, 2012

Charakterisierung und Modellierung des Bruchverhaltens von Punktschweißverbindungen in pressgehärteten Stählen

D. Hein, G. Meschut, O. Hahn, F. Klokkers, in: 11. LS-DYNA Forum 2012, 2012

Experimentelle Untersuchung und Simulation des Crashverhaltens mechanisch gefügter Verbindungen

D. Hein, G. Meschut, O. Hahn, in: 1. Fügetechnisches Gemeinschaftskolloquium, 2011