TR73

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C7 - Verschleiß



Mechanismenbasierte Modellierung von Verschleiß in der Blechmassivumformung

Projektstatus: laufend

Letztes Update: 27.01.2017



Mitglieder


In TP C7 wird Verschleiß auf Ebene der Kontaktzone modelliert, um die auf der Mesoebene zugrundeliegenden Wirkmechanismen der Makrosimulation zugänglich zu machen (TP A7, C1). Die in diesem TP zu entwickelnde Modellierung greift nicht auf einen klassischen Archard-basierten Zusammenhang zurück, sondern simuliert vielmehr die Verschleißmechanismen auf der Mesoebene selbst – der abrasive Verschleiß folgt aus dem lokalen Ablösen oberflächennahen Materials. Diese Modellierung ermöglicht eine mechanismenbasierte Vorhersage des Verschleißverhaltens und trägt damit zentral zum Verständnis sowie zur Auslegung des Tribosystems bei (TP A2, A4, C1).

Methodisch wird in TP C7 die sogenannte Particle Finite Element Method (PFEM) eingesetzt und weiterentwickelt. Die Methode erfordert eine kontinuierliche Neuvernetzung des sich ändernden Referenzgebietes. Es wird dissipatives Materialverhalten sowohl für den Schmierstoff als auch für das Werkzeug (C45, Schnellarbeitststahl 1.3343 sowie Kaltarbeitsstahl 1.2379) und das Werkstück (DC04 sowie DP600) angenommen. Der Schmierstoff ist hierbei viskos, so dass das resultierende Reib- und Verschleißverhalten geschwindigkeitsabhängig ist. Darüber hinaus treten in den oberflächennahen Bereichen der beschichteten Werkzeugoberflächen (TP B4, B5) infolge der thermischen Belastung signifikante Eigenspannungszustände auf. Um diese in der Modellierung zu berücksichtigen, wird in TP C7 eine entsprechende Abkühlsimulation des Beschichtungssystems durchgeführt und der daraus resultierende Spannungszustand als Anfangsbedingung in der Verschleißsimulation aufgebracht. Neben der Vorhersage und dem besseren Grundverständnis des Verschleißverhaltens auf Mesoebene liefert TP C7 mechanismenbasierte Zusammenhänge, welche mittels Homogenisierung auf die Makroebene übertragen werden (TP C1). Dies motiviert und ermöglicht die Erweiterung z.B. des klassischen Archard Verschleißgesetzes auf der Makroebene (TP A7) und fließt daher mittelbar in Simulationen realer Umformprozesse (TP A2, A4) ein. TP C7 trägt somit zum simulationsbasierten Design von Werkzeugoberflächen mit verbesserter Einsatzdauer bei.

 

 

 

 


Arbeitskreise


Veröffentlichungen

    2016

    • Berthelsen, R.; Wilbuer, H.; Holtermann, R.; Menzel, A.: Computational modelling of wear - application to structured surfaces of elastoplastic tools. In: GAMM-Mitteilungen, 39(2016)2, S. 210-228