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EFB-Forschungsbericht Nr. 314

Beurteilung der Leistungsfähigkeit von Materialmodellen für die Blechumformsimulation - Teil 2

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Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. Reimund Neugebauer, Dr.-Ing. Roland Müller, Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU Chemnitz - Prof. Dr. Peter Gumbsch, Dr.-Ing. Alexander Butz, Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM Freiburg

122 Seiten (sw, 96 teils Abb., 6 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-350-9

Preis (Digital) EUR 88,00

Preis (Print) EUR 99,00

Zusammenfassung

Dieses Projekt wurde durchgeführt, um die im ersten Projekt (EFB-Forschungsbericht Nr. 244) ermittelten Anwendungsbereiche der verschiedenen Materialmodelle auf neue Materialien zu übertragen und zu erweitern. Durch den Einsatz von fünf Blechwerkstoffen, einer Aluminiumlegierung und vier hochfesten Stählen, konnten bestehende Unsicherheiten bei der Anwendung dieser Modelle deutlich reduziert werden. Die  Untersuchungen haben gezeigt, dass mit der in diesem Projekt angewandten Vorgehensweise bei der
Kennwertermittlung und der nachfolgenden numerischen Simulation von Blechumformvorgängen das Umformergebnis in guter Näherung  vorausbestimmt werden kann.

Die wichtigsten Anforderungen an das Materialmodell sind dabei eine gute Abdeckung des Bereiches der hohen Umformgrade und die Beschreibung des Werkstoffverhaltens bei der zyklischen Belastung unter Berücksichtigung des Bauschinger-Effekts. Zur Parameterermittlung sind Zugversuche, Zug-Druckversuche und Bulge-Tests (MBT) erforderlich. Die gewonnenen Erkenntnisse können durch Biachsialzugversuche ergänzt und die Parametersätze vervollkommnet werden.

Bei den kommerziell verfügbaren FE-Programmen, wie z.B. Abaqus oder LS Dyna wurden die Werkstoffmodelle in den letzten Jahren kontinuierlich weiterentwickelt. Mittlerweile stehen beispielsweise unterschiedliche Modelle zur Beschreibung von anisotropen Anfangsfließorten, oder auch isotrop-kinematische Verfestigungsmodelle mit mehreren Rückspannungskomponenten zur Verfügung.

Aus den Ergebnissen dieses Projektes wird deutlich, dass solche Materialmodelle zur Beschreibung bestimmter, allerdings nicht aller Werkstoffe geeignet sind. Für die erfolgreiche Anwendung dieser komplexen Modelle ist die Identifikation der jeweiligen Modellparameter von sehr großer Bedeutung. Insgesamt konnten in diesem Projekt die Anwendungsbereiche der Modelle gut dokumentiert werden. Ebenso konnten die Möglichkeiten der Werkstoffcharakterisierung in Form von Spannungs-Dehnungskurven bei erhöhten Dehngraden und bei Lastumkehr für weitere Werkstoffe dargestellt und deutlich verbessert werden.

Das Forschungsvorhaben „Beurteilung der Leistungsfähigkeit von Materialmodellen für die Blechumformsimulation – Teil 2“ wurde unter der Fördernummer AiF 15602BG von der EFB e.V. finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AIF e.V.) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWI) gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 314 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Inhalt

1. Einleitung
2. Stand der Technik
2.1. Plastizitätsmodelle
2.2. Reibungsmodelle
2.3. Kennwertermittlung
2.3.1. Bulge-Test
2.3.2. Zug-Druckversuch für Blechwerkstoffe
2.3.3. Validierung an Hutprofilen
2.4. Bisherige Ergebnisse der ersten Projektphase
3. Problemstellung und Arbeitsprogramm
4. Kennwertermittlung
4.1. Versuchswerkstoffe
4.2. Ermittlung von Werkstoffkennwerten, Fließkurven und Spannungsdehnungskurven
4.2.1. Einachsige Zugversuche
4.2.2. Zug-Druckversuche
4.2.3. Maxi-Bulge-Tests (MBT)
4.2.4. Biachsiale Zugversuche
4.3. Werkstoffbezogene Identifikation optimaler Verfestigungsregeln
5. Modellversuche zur Bewertung der numerischen Modelle
5.1. Durchführung von Tiefziehversuchen (Halbkugelstempel)
5.2. Simulation der Tiefziehversuche (Halbkugelstempel)
5.3. Durchführung von Streifenzieh-Biegeversuchen
5.4. Anpasssung Zug-Druckversuche
5.4.1. Anpassung an den ersten Lastzyklus bis zur größten Druckdehnung
5.4.2. Anpassung an drei komplette Lastzyklen
5.4.3. Parallele Anpassung - erster Lastzyklus und Zugversuch
5.5. Simulation der Streifenzieh-Biegeversuche
5.5.1. Isotrop-kinematische Verfestigung mit zwei Rückspannungen bei Anpassung an einen Zug-Druck-Zyklus
5.5.2. Isotrop-kinematische Verfestigung mit zwei Rückspannungen bei Anpassung an drei Zug-Druck-Zyklen
5.5.3. Vergleich isotrop-kinematische Verfestigung mit zwei Rückspannungen mit rein isotroper Verfestigung
5.5.4. Einfluss der Diskretisierung auf das Rückfederverhalten
5.5.5. Dehnungsverteilung
6. Durchführung von numerischen Studien
6.1. Einfluss der Dehnrate
6.2. Einfluss von Ziehleisten
7. FE-Simulation von Realbauteilversuchen
8. Zusammenstellung der Modellparameter
9. Zusammenfassung und Ausblick
10. Literatur