The aim of this thesis is to establish the extent to which materials can be deformed under shear-dominant loadings. Custom Al-6061-T6 tubular specimens are loaded under radial and corner paths of tension and shear to failure. During the experiments, the deformation is monitored in a test section designed to have nearly uniform stress and deformation at large strains while providing minimum constraint to the development of localization that precedes failure. The recorded shear stress-rotation and axial stress-displacement responses exhibit maxima beyond which deformation localizes in a narrow band that is of the order of the 1 mm wall thickness of the test section. For the mainly shear dominated stress paths followed, deformation remained nearly planar allowing for the establishment of both the true stresses and the local deformation strictly from measurements. Results from thirteen radial path experiments as well as from four corner path experiments show the strain at failure to monotonically increase as the mean stress decreases, a result that is in contrast with previously reported results for Al alloys. Also, the measured failure strains are significantly larger than previously reported values. Analysis of corner stress paths investigates the path dependence of localization and failure. Results show little path dependence on the failure strains, but some path dependence on stress maxima and failure stresses. Furthermore, statistical grain-level strain estimates from five of the stress paths revealed a significant variation in strain across the macroscopically observed localization zone. In the neighborhood of the crack tip strains with 25-100% higher levels than the macroscopic values were recorded. This indicates that localization also occurs at a smaller scale than hitherto understood. The difference between the macro strain at failure and the average grain level values increased as the axial/shear stress ratio increased. / text

No description available.

In the transportation sector, crash structures are often used to protect their inhabitants inthe event of a collision. These crash structures frequently utilize thin-walled tubes as energyabsorbers. The process of developing thin-walled tubes is iterative based and requires mul-tiple simulations, making it resource intensive. This thesis researches how thin-walled tubesare developed today, what kind of challenges exist in the development process and whattools and methods are used to shorten the development lead times. Later a new methodfor assessing TWBs crashworthiness before a simulation is investigated. In this method43 cross-section geometries from thin-walled tubes used in automobiles are parameterized.These tubes are later subjected to a dynamic crash simulation along their longitudinal axis.Results from these simulations are correlated to their respective parameters in order to findmeaningful relation between the parameters and results. It was found that the circumferenceof a cross-section correlates with its crashworthiness. With this finding, the developmentlead times of thin-walled tubes could be shortened by reducing the amount of required FEMsimulations.

Dieser Vortrag beschreibt ein methodisches Vorgehen zur Auslegung von Bauteilen, die von mehreren Eingangsgrößen und mehren Zielgrößen bestimmt sind. Als Praxisbeispiel wird eine dünnwandige Mittnehmerwelle untersucht. Im Automotivbereich besteht auf Grund der Forderungen nach Leichtbau und höherem Leistungsgewicht verstärkt der Wunsch nach einer hohen Auslastung über das ganze Bauteil hinweg. Eine Gewichtsreduktion kann durch Materialeinsparungen an unkritischen Stellen, wie zum Beispiel im Wellenkern einer Zahnwelle, erreicht werden. Die Verwendung von dünnwandigen Rohren als Ausgangsmaterial, aus denen lastangepasste Zahnprofile umformend hergestellt werden, versprechen eine deutliche Steigerung der Drehmomentübertragbarkeit bezogen auf den Materialeinsatz. Dazu wird eine neue Verzahnungsgeometrie entwickelt. Das Profil wird über eine Vielzahl an Parametern definiert, welche die Form und damit die Drehmomentübertragbarkeit beeinflussen. Durch die Verwendung einer bidirektionalen Schnittstelle kann eine Zahn-Geometrie in einem CAD-Programm mit einem FEM-Programm gekoppelt werden. Es zeigt sich, dass sich einige Geometrieparameter bereits durch die Wahl des Ausgangsrohres ergeben oder vorab festgelegt werden können. Mit vorgegebenem Außendurchmesser und Wandstärke des Ausgangsrohres sowie der Zähnezahl verbleiben bei dieser Profilform nur weitere fünf Parameter, welche hinsichtlich der Drehmomentübertragbarkeit zu optimieren sind. Mit Hilfe von numerischen Variantenberechnungen, welche sich nach den Vorgaben eines statistischen Versuchsplanes / Design of Experiments durch Veränderung der Parameter ergeben, kann ein mathematisches Ersatzmodell gebildet werden. Dieses beschreibt die (Wechsel-)Wirkungen der Eingangsgrößen auf die Ausgangsgrößen, wie zum Beispiel der Einfluss des Fußkreisdurchmessers und des Eingriffswinkels auf die dynamische Beanspruchbarkeit. Mit Hilfe von Optimierungsalgorithmen kann ein Optimum der Parameter an Hand des Ersatzmodelles ohne erneute aufwändige FEM-Berechnung gefunden werden.