TR73

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C4 - Mikrostrukturanalyse - FEA



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

Projektstatus: abgeschlossen

Letztes Update: 19.01.2021



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.

C4-Projektbeschreibung

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


Veröffentlichungen

    2022

    • Gutknecht, F.; Traphöner, H.; Clausmeyer, T.; Tekkaya, A.: Characterization of flow induced anisotropy in sheet metal at large strain. In: Experimental Mechanics, 62(2022)441, S. 1-18

    2020

    • Wernicke, S.; Hahn, M.; Tekkaya, A.; Gerstein, G.; Nürnberger, F.: Strain path dependency in incremental sheet-bulk metal forming. In: International Journal of Material Forming, (2020), DOI: 10.1007/s12289-020-01537-0, veröffentlicht
    • Clausmeyer, T.; Gutknecht, F.; Gerstein, G.; Nürnberger, F.: Testing of formed gear wheels at quasi-static and elevated strain rates. In: 23rd International Conference on Material Forming (Hrsg.): Procedia Manufacturing, 47(2020), Elsevier, S. 623-628

    2019

    • Clausmeyer, T.; Nürnberger, F.; Gutknecht, F.; Isik, K.; Besserer, H.; Gerstein, G.; Wernicke, S.; Schulte, R.; Tekkaya, A.; Maier, H.: Analyse und Modellierung von Schädigung und Versagen in der Blechmassivumformung. In: 4. Workshop Blechmassivumformung : Umformtechnische Herstellung von komplexen Funktionsbauteilen mit Nebenformelementen aus Feinblechen, (2019), FAU University Press, eingereicht
    • Gutknecht, F.; , .; Schulte, R.; Merklein, M.; Rosenbusch, D.; Koch, S.; Hübner, S.; Behrens, B.; Tekkaya, A.; Clausmeyer, T.: Comparison of strain-path indicators for analysis of processes in sheet-bulk metal forming . In: Yannis Korkolis, Brad Kinsey, Marko Knezevic, and Nikhil Padhye (Edtr.) (Hrsg.): Proceedings of NUMIFORM 2019: The 13th International Conference on Numerical Methods in Industrial Forming Processes, (2019), S. 123-126
    • Clausmeyer, T.; Nürnberger, F.; Gutknecht, F.; Isik, K.; Besserer, H.; Gerstein, G.; Wernicke, S.; Schulte, R.; Tekkaya, A.; Merklein, M.; Maier, H.: Analyse und Modellierung von Schädigung und Versagen in der Blechmassivumformung. In: Merklein, M.; Behrens, B.-A.; Tekkaya, A. E. (Hrsg.): 4. Workshop Blechmassivumformung, (2019), Erlangen: FAU University Press, S. 33-60
    • Bryukhanov, A.; Gerstein, G.; Volchok, N.; Bryukhanova, Z. A.; Nürnberger, F.: Effect of Low-Temperature Annealings on the Change in the Level of Microdamage of Sheets of the Dual DP-600 Steel. In: Physics of Metals and Metallography, 120(2019), Springer, S. 506-512
    • Gutknecht, F.; Clausmeyer, T.: Analysis of strain-path change indicator for application in sheet-bulk metal forming. In: Forming Technology Forum 2019, (2019), auf CD veröffentlicht

    2018

    • Gutknecht, F.; Clausmeyer, T.; Wernicke, S.; Gies, S.; Tekkaya, A.: Vorstellung eines Lastpfadindikators für die Blechmassivumformung. In: 19. Simufact RoundTable, 17.05.2018 in Marbung, (2018), veröffentlicht
    • Isik, K.: Modelling and characterization of damage and fracture in sheet-bulk metal forming. In: Dortmunder Umformtechnik, 101(2018), Shaker Verlag, veröffentlicht
    • Gutknecht, F.; Gerstein, G.; Traphöner, H.; Clausmeyer, T.; Nürnberger, F.: Experimental setup to characterize flow-induced anisotropy of sheet metals. In: International deep drawing research group 37th annual conference (Hrsg.): IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 418(2018), IOP Publishing, veröffentlicht
    • Gerstein, G.; Briukhanov, A.; Gutknecht, F.; Volchok, N.; Clausmeyer, T.; Nürnberger, F.; Tekkaya, A.; Maier, H.: Evaluation of micro-damage by acoustic methods. In: 17th International Conference on Metal Forming (Hrsg.): Procedia Manufacturing, 15(2018), S. 527-534
    • Isik, K.; Yoshida, Y.; Chen, L.; Clausmeyer, T.; Tekkaya, A.: Modelling of the blanking process of high-carbon steel using Lemaitre damage model. In: Comptes Rendus Mécanique, 346(2018)8, Elsevier, S. 770-778

    2017

    • Gerstein, G.; Isik, K.; Sieczkarek, P.; Ewerth, J.; Tekkaya, A.; Clausmeyer, T.; Nürnberger, F.: MICROSTRUCTURAL CHARACTERIZATION AND SIMULATION OF DAMAGE FOR GEARED SHEET COMPONENTS. In: Journal of Physics: Conference Series 36th IDDRG Conference - Materials Modelling and Testing for Sheet Metal Forming 2–6 July 2017, Munich, Germany, 896(2017), veröffentlicht
    • Gerstein, G.; Clausmeyer, T.; Gutknecht, F.; Tekkaya, A.; Nürnberger, F.: Analysis of dislocaton structures in ferritic and dual phase steels regarding continuous and discontinuous loading path. In: The Minerals, Metals & Materials Society (Hrsg.): TMS 2017 146th Annual Meeting & Exhibition Supplemental Proceedings, (2017), Springer, veröffentlicht
    • Gutknecht, F.; Isik, K.; Clausmeyer, T.; Tekkaya, A.: Comparison of gurson and lemaitre model in the context of blanking simulation of high stregth steel. In: E. Onate, D.R.J. Owen, M. Chiumenti (Hrsg.): Proceedings of XIV International Conference on Computational Plasticity, (2017), veröffentlicht
    • Gerstein, G.; Besserer, H.; Nürnberger, F.; Luis Antonio Barrales-Mora; Lasar S. Shvindlerman; Yuri Estrin; Maier, H.: Formation and growth of voids in dual-phase steel at mircrsocale and nanoscale level. In: Journal of Materials Science, 52(2017), Springer, S. 4234-4243