Beschreibung
P 1039 – Erweitertes kontinuumsmechanisches Schädigungsmodell unter Berücksichtigung niedriger Triaxialitäten für die Tiefziehsimulation von Hochleistungsstählen
Hochfeste Stähle werden aufgrund ihrer Leichtbaueigenschaften in der Automobilindustrie eingesetzt. Neben ihren guten mechanischen Eigenschaften, wie hoher Festigkeit eignen diese sich aufgrund ihrer Energieabsorption im Crashfall für die Herstellung von Strukturteilen. Aufgrund ihrer eingeschränkten Duktilität, die bei Umformungsvorgängen manchmal zu Rissen – ohne oder mit geringer Einschnürung – führen, können konventionelle Grenzformänderungsdiagramme nicht angewendet werden. Daher werden häufig Kontinuumsschädigungsmodelle zur Vorhersage der Bauteilschädigung oder des Versagens angewendet.
In dieser Arbeit wird eine Variante des Lemaitre-Kontinuumsschädigungsmodells (CDM) untersucht, um das Versagen beim Tiefziehen von DP1000-Stählen vorherzusagen. Frühere Untersuchungen (im Projekt P 853) zeigten, dass die Modellerweiterung (quasi-unilaterale Schädigungsentwicklung), die die Schädigungsentwicklung durch Druckspannungen skaliert, die Versagensvorhersagen verbessern kann. Insbesondere für die Umformprozesse, bei denen der Bruch unter Scherung auftritt, können Rissbeginn und Rissort erfolgreich vorhergesagt werden. Der von diesem Modell für niedrige und negative Triaxialitäten vorhergesagte Bruchort ist jedoch begrenzt flexibel. Im Gegensatz zu den hohen Bruchdehnungen unter biaxialen Umformbedingungen kann eine reduzierte Duktilität unter Scherung und Plane-Strain nicht gleichzeitig vorhergesagt werden. Um diesen Nachteil zu beheben, wurde Lemaitres CDM verbessert, indem die maximale Scherspannung berücksichtigt wird, welche die Flexibilität des Modells erhöht. Hierdurch kann die Vorhersagequalität für scherdominierte Belastungszustände erhöht werden. Um den Beginn der Dehnungslokalisierung vorherzusagen, wurden zwei mit diesem Modell kombinierte Methoden zur Instabilitätsvorhersage für LS-DYNA und ibura eingeführt.
Die inverse Parameteridentifikation für die Werkstoffcharakterisierung ist so ausgelegt, dass die Spannungszustände, die bei der Blechumformung auftreten, möglichst gut abgedeckt werden. Zugversuche mit gekerbten und gelochten Proben und Nakajima-Versuche mit biaxial belasteten Proben dienen zur Charakterisierung des Umformverhaltens für Spannungszustände zwischen einachsigem Zug und biaxialem Zug. Zur Werkstoffcharakterisierung unter Scherung werden mehrere Schertests miteinander verglichen und der ebene Torsionsversuch als geeignetes Verfahren für die Versagenscharakterisierung dünner Bleche (1 mm) eingeführt.
Optimierungsstrategien mit verschiedenen Testkombinationen wurden erprobt. Hierbei ist eine Zielgröße, den Rechenaufwand für die Parameteridentifikation möglichst zu minimieren. Die Validierungsstudien umfassen das Tiefziehen von mehreren Teilen, z.B. eines Vierkantnapfes, eines Kreuznapfes und eines Bauteils mit einer komplexen Struktur aus der Industrie. Die Vorhergüte des vorgestellten Modells wird durch den Vergleich zwischen den Experimenten der Validierungstests und der Simulationen bewertet.
Veröffentlichung:
Mai 2020
Autoren:
Prof. Dr.-Ing. A. E. Tekkaya, Dr.-Ing. T. Clausmeyer, K. Isik M.Sc., Dr.-Ing. M. Goretti Doig
