Forschungsberichte

Erweiterte Modellierung des Werkstoffverhaltens für die Umformsimulation durch optische Ermittlung von Kennwerten im Zugversuch

Changwon Hwang

99 Seiten 44 Abbildungen Hieronymus Buchreproduktions GmbH, München, 2005 ISBN 3-89791-348-8

In Umformsimulationen mit der Finite-Elemente-Analyse hat die Beschreibung des Werkstoffverhaltens großen Einfluss auf die Simulationsgenauigkeit. Zur Berechnung der Spannungen und des plastischen Formänderungsanteils ist ein Fließkriterium notwendig. Hier wurde das Hill'sche 1948 Fließkriterium (HILL48) verwendet. Für dieses Fließkriterium müssen r-Werte zur Berechnung der Vergleichsspannung und eine Fließkurve zum Vergleich mit der berechnete Vergleichsspannung definiert werden. 
 Während der Einschnürung der Zugprobe bei einem einachsigen Zugversuch zeigte sich, dass der Anstieg der Umformgeschwindigkeit im Einschnürungsbereich sowohl die Fließspannung als auch die Anisotropie beeinflusst. Fließkurve und r-Wert wurden in Abhängigkeit von der Umformgeschwindigkeit modelliert. Mit steigender Umformgeschwindigkeit erreicht die Anisotropie den Wert Null, was bedeutet, dass sich der Werkstoff partiell isotrop verhält.

Um in der Simulation von der Realität weniger abweichende Werte zu erhalten, wurden basierend auf Hill48 zwei neue Fließkriterien entwickelt: 

  1. HILL48 mit der Fließkurve in Abhängigkeit von der Umformgeschwindigkeit und konstanten r-Werten
  2. HILL48 mit konventioneller Fließkurve und variablen r-Werten 

Es ergab sich, dass das 2. neu entwickelte Fließkriterium (HWANG04) Werte lieferte, die von den drei verwendeten Fließkriterien am besten der Wirklichkeit entsprachen. 
Phänomenologisch bedeutet dies, dass die Änderung des anisotropen Werkstoffverhaltens den Anstieg der Fließspannung beeinflusst. Die Änderung der Spannungen hat Einfluss auf die gesamte Umformenergie sowie die Umformkräfte. Die mit dem Fließkriterium HWANGO4 neu entwickelte anisotrope Werkstoffeigenschaft hat daher Einfluss auf die gesamte Berechnung des Umformprozesses (wie einer Erhöhung der Abbildungsgenauigkeit der Umformsimulation, der Geometrie des umgeformten Blechteils, der Genauigkeit der Umformkraft, der Umformenergie sowie der Formänderungen).

Die Abhängigkeit der Anisotropie von der Umformgeschwindigkeit stellt einen Modellansatz dar, der zukünftig zur Ermittlung von Kennwerten auf weitere Fließkriterien (wie beispielsweise das Barlat’sche Fließkriterium) übertragen werden kann und der darüber hinaus neue Perspektiven bei der Optimierung von Umformsimulationen eröffnet.