TR73

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C4 - Mikrostrukturanalyse - FEA



Analyse der belastungspfadabhängigen Schädigungs- und Mikrostrukturentwicklung zur numerischen Auslegung von Blech-Massiv-Umformprozessen

Projektstatus: laufend

Letztes Update: 16.03.2020



Mitglieder


Das Ziel dieses Teilprojekts besteht in der numerischen Versagensvorhersage für Blech-Massivumformvorgänge auf Basis gekoppelter Schädigungsmodelle, die durch werkstoffwissenschaftliche Mikrostrukturanalysen physikalisch motiviert und abgesichert sind. Dies dient dazu, das Restumformvermögen und sichere Prozessfenster für komplexe mehrschrittige Blechmassivumformprozesse vorherzusagen.

In der dritten Phase sollen aufbauend auf den Ergebnissen der vorherigen Phasen belastungspfadabhängige Materialantworten berücksichtigt werden. Die im SFB/Transregio 73 verwendeten Stähle DC04 und DP600 weisen bei komplexen Belastungsrichtungswechseln, d. h. bei Wechseln, die über eine reine Umkehr hinausgehen, zusätzlich transiente Verfestigungseffekte (z. B. Querverfestigung) auf, die u. a. zu erhöhten Prozesskräften führen. Plastizitätsmodelle, die diese Effekte berücksichtigen, sollen mit aktuellen Ansätzen zur Beschreibung des pfadabhängigen Versagens gekoppelt werden, um eine Vorhersage der Prozesskräfte und des Versagens zu ermöglichen. Hierzu soll begleitend eine Charakterisierung der Porenevolution mittels 3D Focused-Ion-Beam (FIB) im Rasterelektronenmikroskop bzw. mittels hochauflösender Röntgenmikroskopie zum Einsatz kommen, um gesicherte Aussagen über die anisotrope Entwicklung der Porenmorphologie zu erhalten. Weiterhin soll auf den Ergebnissen der zweiten Phase aufbauend in der dritten Phase die Schädigungsentwicklung mithilfe des modifizierten akustischen Verfahrens lokal an durch mehrstufige Blechmassivumformprozesse gefertigten Bauteilen untersucht werden. Diese Kenntnis ist für das übergeordnete Ziel der Beurteilung der Eigenschaften von BMU-Bauteilen während der späteren Nutzungsphase wichtig.

Während der Nutzung können verzahnte BMU-Bauteile, wie sie in Fahrzeugsitzen verwendet werden, dynamischen Belastungen mit hohen Dehnraten in der Größenordnung von 100 1/s, z. B. infolge eines Fahrzeugunfalles, ausgesetzt sein. Daher sollen die in den ersten beiden Phasen in diesem Teilprojekt entwickelten Materialmodelle (GTN und Lemaitre) um eine Dehnratenabhängigkeit erweitert werden. Zur Charakterisierung des Werkstoffverhaltens bei unterschiedlichen Dehnraten sollen verschiedene Prüfverfahren zum Einsatz kommen (servohydraulische Prüfung, Split-Hopkinson-Bar). Zur Validierung der Modellansätze und Bestimmung der Eigenschaften wird ein Prüfstand für eine schlagartige Belastung von BMU-Teilen entwickelt und genutzt.

 

Um die oben erwähnte Querverfestigung auch für hohe Vordehnungen bestimmen zu können wurde am IUL der Bulge-Torsions-Test entwickelt. Die Kombination aus Bulge-Versuch und Torsionsversuch ermöglicht einen orthogonalen Dehnpfadwechsel auch bei plastischen Dehnungen größer 0,5. Dies ermöglicht die Charakterisierung der Querverfestigung für typische in der Blechmassivumformung auftretende Umformgrade.

 


Arbeitskreise