Third party funded individual grant
Start date : 01.04.2023
End date : 31.03.2025
Nowadays, forming processes are analyzed, evaluated and designed using simulation. Precise material modelling is an important factor in improving the mapping accuracy of a forming process in the simulation. Due to the growing computing power and increasing progress in material characterization, material models with a high number of degrees of freedom can be used. In contrast a huge number of tests are required.
Conventional material models, such as Hill'48, Yld2000-2d or BBC05, are implemented in commercial FE software and offer comparatively short calculation times. However, these material models cannot directly model the stress states of plane strain and shear. These are only approximated on the basis of the input data and therefore are subject to a high degree of scatter. In the first project phase, it was demonstrated that the integration of the real material behavior under plane strain in the rolling direction significantly improved the accuracy of the simulation. Now the quality of the prediction is to be analyzed by implementing additional characteristic values, such as the plane strain perpendicular to the rolling direction or the shear stress. The yield locus exponent offers great potential for this, as it is determined as a function of the material without reference to the laws of metal physics. The roundness of the yield locus curve can be varied by the yield locus exponent, whereby an additional material parameter can be integrated into the material modelling (see figure).
In addition, it is to be investigated whether parameter identification at increased true plastic strains leads to an improvement in the mapping accuracy between numerically calculated and experimentally produced components in the case of distorsionally hardening materials. With the aid of a subroutine, all material parameters are modelled as a function of strain. Finally, the determined yield loci are to be verified and evaluated using two demonstrator components, a cruciform cup and a B-pillar.
Heutzutage werden Prozesse aus der Umformtechnik simulativ analysiert, bewertet und ausgelegt. Ein bedeutender Faktor zur Verbesserung der Abbildungsgenauigkeit eines Umformprozesses in der Simulation ist eine präzise Materialmodellierung. Durch die wachsende Rechenleistung und dem zunehmenden Fortschritt in der Werkstoffcharakterisierung können Materialmodelle mit einer hohen Anzahl an Freiheitsgraden angewendet werden. Demgegenüber steht ein hoher Versuchsaufwand.
Konventionelle Materialmodelle, wie beispielsweise Hill’48, Yld2000-2d oder BBC05, sind in kommerzieller FE Software implementiert und bieten vergleichsweise geringe Rechenzeiten. Die genannten Materialmodelle können jedoch die Spannungszustände der ebenen Dehnung und der Scherung nicht direkt abbilden. Diese werden lediglich auf Basis der Eingangsdaten approximiert und sind somit einer hohen Streuung unterworfen. In der ersten Projektphase konnte nachgewiesen werden, dass durch die Integration des realen Materialverhaltens unter ebener Dehnung in Walzrichtung die Abbildungsgenauigkeit der Simulation signifikant verbesserte. Nun soll eine Analyse der Prognosegüte bei Implementierung zusätzlicher Kennwerte, wie der ebenen Dehnung senkrecht zur Walzrichtung oder der Scherspannung, erfolgen. Der Fließortexponent bietet hierfür ein großes Potential, da dieser ohne Bezug zu metallphysikalischen Gesetzmäßigkeiten in Abhängigkeit des Werkstoffs festgelegt wird. Die Rundheit der Fließortkurve kann durch den Fließortexponenten variiert werden, wodurch ein zusätzlicher Werkstoffkennwert in die Materialmodellierung integriert werden kann (s. Abbildung).
Darüber hinaus soll untersucht werden, ob bei distorsional verfestigenden Werkstoffen eine Parameteridentifikation bei erhöhten Umformgraden zu einer Verbesserung der Abbildungsgenauigkeit zwischen numerisch gerechnetem und experimentell hergestelltem Bauteil führt. Mithilfe einer Subroutine werden hierbei alle Werkstoffkennwerte dehnungsabhängig modelliert. Die ermittelten Fließorte sollen abschließend anhand zwei Demonstratorbauteilen, einem Kreuznapf und einer B-Säule, verifiziert und bewertet werden.