Beschreibung
P 1145 – Bewertung verschiedener Tests zur Versagenscharakterisierung von hochfesten Stahlblechwerkstoffen mithilfe der Finite-Elemente- Simulation
Simulation (P 1145) Das Forschungsprojekt, das durch den Arbeitskreis “Kennwerte für die Versagensmodellierung” des Werkstoffausschusses des Stahlinstituts VDEh initiiert und technisch sowie zum Teil finanziell unterstützt wurde, befasste sich mit der Bewertung gängiger Tests zur Versagenscharakterisierung von hochfesten Stahlblechwerkstoffen mithilfe der Finite-Elemente- Simulation. Die Tests umfassten den Schertest an derASTM-ähnlichen Probe, Schertest an der Miyauchiähnlichen Probe mit Nut und Schertest an der Schmetterling-ähnlichen Probe mit Loft für ebene Scherung, Drei-Punkt-Biege-Test an der geflanschten Probe und Zugtest an der gelochten Probe für einachsigen Zug, Drei-Punkt-Biege-Test an der vollen Probe und Zugtest an der taillierten Probe für ebene Dehnung, sowie Tiefungstests an kreisrunden Proben mit Stempeln von Ø 20 mm und Ø 100 mm für äquizweiachsigen Zug.
Für die Bewertung der Tests wurde ein Dualphasenstahl von 600 MPa, ein Complexphasenstahl von 1000 MPa und ein presshärtbarer Stahl von 1500 MPa, jeweils 0,8 mm, 1,5 mm und 3,0 mm dick, verwendet. Das Fließverhalten wurde mit dem Kriterium nach Hill‘48 und isotroper dehnratenabhängiger Verfestigung beschrieben. Die Beschreibung des Versagensverhaltens erfolgte mit den Modellen von CrachFEM für das duktile Scherversagen und duktile Trennversagen. An der Stelle sei angemerkt, dass das Versagensverhalten der Untersuchungswerkstoffe für das Projekt durch verschiedene Prüfstellen unter Einsatz von unterschiedlichen Prüfverfahren und Auswertansätzen beschrieben wurde. Aus diesem Grund sollte davon abgesehen werden, die Werkstoffe anhand der hier verwendeten Versagensbeschreibungen untereinander zu vergleichen. Die zum Teil widersprüchlichen Unterschiede in den Formänderungsvermögen der Werkstoffe beeinträchtigen in keiner Weise die hier getroffenen Testbewertungen. Sie bieten eher eine gute Gelegenheit, darauf hinzuweisen, dass eine Vereinheitlichung der Prüfverfahren und deren Auswertungen für die korrekte Anwendung der hier verwendeten Ansätze zur Beschreibung des Versagensverhaltens in der industriellen Praxis zwingend erforderlich ist.
Die Proben wurden mit ausreichend kleinen Volumenelementen diskretisiert, um die Lokalisierung von Feldgrößen und 3D-Spannungszuständen zu berücksichtigen. Die Bewertung wurde basierend auf der Raumverteilung des Vergleichsumformgrades und der Schädigungsvariable zum Zeitpunkt der Rissinitiierung sowie Zeitvariation des Spannungs- und Dehnungszustandes am Ort der Rissinitiierung durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass es für keinen der untersuchten Spannungszustände möglich ist, einen bestimmten Test für die ganze Vielfalt hochfester Stahlblechwerkstoffe
und deren Dicken ohne Vorbehalte zu empfehlen. Jedoch kann für jeden der untersuchten Spannungszustände ein Test vorgeschlagen werden, dereinen akzeptablen Kompromiss zwischen seinen Vorteilen und Nachteilen darstellt und somit zu einer geeigneten Testauswahl für die Versagenscharakterisierung eintragen kann. Für eine gute Charakterisierungsgenauigkeit bleiben jedoch einige Aspekte, wie die genaue Ermittlung des Versagensumformgrades oder
passende Annahme des charakteristischen Spannungszustandes am Ort der Rissinitiierung, offen. Darüber hinaus offenbaren die Ergebnisse den Bedarf an geeigneten zusätzlichen Tests, die eine Ermittlung von Formänderungsgrenzen bei Spannungszuständen zwischen ebener Scherung und einachsigem Zug ermöglichen.
Das Forschungsvorhaben P 1145 der FOSTA – Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V., Düsseldorf wurde vom Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen, Universität Hannover mit fachlicher Begleitung und mit finanzieller Förderung durch die Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V., Düsseldorf, durchgeführt.
Veröffentlichung:
2016
Autoren:
B.A. Behrens, I. Peshekhodov
