Virtuelle Kennwertermittlung für die Umformsimulation von Feinblechen - Teil 2
Verfasser:
Dr. Alexander Butz, Dipl.-Ing. Jan Pagenkopf, Dr.-Ing. Maria Baiker, Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik Freiburg - Dipl.-Ing. Katja Silbermann, Prof. Dr.-Ing. Dirk Landgrebe, Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik Chemnitz
116 Seiten - 86,00 EUR (sw, 68 teils farbige Abb., 13 Tab.)
ISBN 978-3-86776-514-5
Zusammenfassung
In der Praxis der Blechumformsimulation besteht für viele Werkstoffe noch Klärungsbedarf, welches Materialmodell erforderlich ist und wie die Modellparameter zu bestimmen sind, um den Werkstoff hinreichend genau abzubilden. Aufgrund der Blechanisotropie spielt neben der Kaltverfestigung die Beschreibung des Fließorts eine zentrale Rolle. Insbesondere bei höher entwickelten Fließortmodellen wird die praktische Anwendung dadurch erschwert, dass aufgrund der gestiegenen Anzahl an Modellparametern ein erweitertes Prüfprogramm erforderlich ist. Zur präzisen Ermittlung von Modellparametern müssen zudem häufig Lastfälle betrachtet werden, die experimentell nur schwer oder gar nicht zugänglich sind.
In dem Vorgängerprojekt (AIF-Nr.: 17469BG) wurden die Grundlagen für eine alternative Methode erarbeitet, bei der mit Hilfe von „virtuellen Versuchen" das Werkstoffverhalten für beliebige Belastungszustände aus Mikrostruktur-Simulationsmodellen vorhergesagt wird. Diese Methodik wurde im Rahmen dieses Vorhabens weiterentwickelt, mit dem Ziel, die Werkstoffeigenschaften möglichst genau zu beschreiben. Weiterhin wurde eine Simulationsumgebung entwickelt, mit der die Durchführung der „virtuellen Versuche" effizient umgesetzt werden kann. Es besteht nun die Möglichkeit, für geeignete Blechwerkstoffe eine sehr große Anzahl an virtuellen Versuchen mit beliebigen Belastungszuständen im Rechner abzubilden, um die richtungsabhängigen Eigenschaften der Blechwerkstoffe mit hoher Genauigkeit zu beschreiben.
Die mit der Methode der virtuellen Versuche bzw. der virtuellen Kennwertermittlung ermittelten makroskopischen Größen wurden verwendet, um eine große Anzahl von verschiedenen Fließortmodellen und Anpassungsvarianten zu untersuchen und zu bewerten.
Anhand bauteilnaher Umformsimulationen wurde gezeigt, dass die Simulationen mit Fließortmodellen, die an die virtuellen Versuche angepasst wurden, gleich gute oder leicht bessere Ergebnisse liefern als die Vorgehensweise entsprechend dem Stand der Technik.
Somit konnte die neuartige Methode der virtuellen Kennwertermittlung erfolgreich validiert werden.
Diese Methode kann als Ergänzung zur klassischen Werkstoffcharakterisierung eingesetzt werden, oder als Alternative für Versuche, die komplex in der Durchführung oder Auswertung sind. Weiterhin bieten die Daten aus der virtuellen Kennwertermittlung die Möglichkeit einer genauen Fließortanpassung, was für die Simulation von kritischen Umformprozessen, z.B. nahe an den Umformgrenzen, von Bedeutung sein kann.
Auch Fließortmodelle, die bislang nicht eingesetzt wurden, weil die dafür erforderliche experimentelle Datenbasis zu umfangreich ist, können mit den virtuell ermittelten Kennwerten nun viel einfacher angepasst werden. Da mit der Methode der virtuellen Kennwertermittlung auch Belastungszustände außerhalb der Blechebene untersucht werden können, können damit auch Daten für komplexere, 3D-Materialmodelle ermittelt werden, die für die Simulation von bestimmten Anwendungen in der Blechumformung benötigt werden.
Das Ziel des Forschungsvorhabens wurde erreicht.
Das IGF-Vorhaben „Virtuelle Kennwertermittlung für die Umformsimulation von Feinblechen - Teil 2" der Forschungsvereinigung EFB e.V. wurde unter der Fördernummer AiF 18810BG über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 464 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich. |  |
Summary
In the application of sheet metal forming simulations open questions exist for many materials concerning the material model and the procedure to calibrate the model parameters to describe the material behaviour with adequate accuracy. Due to the anisotropy of the sheet metal, the choice of the right yield function is another important part beside the description of the work hardening. Especially when advanced yield functions are used information about many load cases are necessary for the parameter calibration. Some of these tests are experimentally expensive or cannot be realised at all.
In the previous project (AIF-No.: 17569BG) the fundamental procedure has been estab-lished to predict the material behaviour for arbitrary load cases using a "virtual testing" based on microstructure simulations. In the current project this methodology was further developed to be able to describe the material properties with good accuracy and at the same time establish a simulation framework that allows an efficient workflow for the "virtual testing".
Based on the macroscopic properties obtained by the "virtual testing" procedure, several anisotropic yield models were chosen and calibrated. Under consideration of the available experimental data, the method of "virtual testing" was successfully validated.
The main objective of the current project was to apply and validate the method of "virtual testing" on more practice-oriented examples which are relevant for the industrial application in sheet metal forming. Especially the benefit of the "virtual testing" with regard to the prediction quality of forming simulations compared to standard methods was investigated and evaluated.
The aim of the research project was achieved.
Inhaltsverzeichnis
Zusammenfassung
Abbildungen und Tabellen
Abbildungen
Tabellen
1. Einführung
1.1 Zielsetzung
1.2 Vorgehensweise
2. Experimentelle Charakterisierung
2.1 Aluminiumlegierung AA6014
2.2 Tiefziehstahl DX56
3. Virtuelle Kennwertermittlung
3.1 Methodik bei der virtuellen Kennwertermittlung
3.2 Aufbau der Mikrostrukturmodelle
3.3 Anpassung der Parameter des Kristallplastizitätsmodells
3.4 Validierung anhand von Zugversuchen in 45°- und 90°-Richtung
3.5 Vorgehen zur Rasterung des Fließorts
3.6 Ermittlung von Punkten auf dem Fließort
4. Fließortanpassung
4.1 Betrachtete Fließortmodelle
4.2 Anpassungsstrategien
4.3 Studien zum Einfluss verschiedener Größen
4.3.1 Einfluss des Auswertepunkts im Experiment auf Fließspannungsverhältnis
4.3.2 Niveau der Referenzfließspannung bei Daten aus dem virtuellen Labor
4.3.3 Anzahl der Stützpunkte aus dem virtuellen Labor
4.4 Fließortanpassung für AA6014
4.5 Fließortanpassung für DX56
5. Umformexperimente
5.1 Kreuznapf
5.1.1 Versuchsdurchführung:
5.1.2 Auswertung:
5.2 TKS-Versuch
6. Umformsimulation
6.1 Werkstoffmodellierung
6.1.1 AA6014
6.1.2 DX56
6.2 Simulation des TKS-Versuchs
6.2.1 Werkstoff AA6014
6.2.2 Werkstoff DX56
6.3 Simulation des Kreuznapfes
6.3.1 Werkstoff DX56
6.3.2 Werkstoff AA6014
7. Bewertung der Ergebnisse
7.1 Methode der virtuellen Kennwertermittlung
7.2 Bewertung der Fließortanpassung
7.2.1 TKS-Versuch
7.2.2 Kreuznapf-Versuch
7.2.3 Weitere allgemeine Anmerkungen zur Fließortanpassung
7.3 Ausblick
8. Wissenschaftlich-technischer und wirtschaftlicher Nutzen
9. Literatur
