Erweiterung der Auswertegrenzen zur Ermittlung von Fließkurven im einachsigen Zugversuch über die Gleichmaßdehnung hinaus
Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Alexander Brosius, Dipl.-Ing. Sven Bräunling, Dipl.-Ing. Rémi Lafarge, Professur für Formgebende Fertigungsverfahren am Institut für Fertigungstechnik der Technischen Universität Dresden
92 Seiten - 74,00 EUR (sw, 30 teils farbige Abb., 4 Tab.)
ISBN 978-3-86776-685-2
Zusammenfassung
Das Ziel des Forschungsvorhabens bestand darin, die Auswertegrenzen beim einachsigen Zugversuch über die Gleichmaßdehnung hinaus zu verschieben und so Fließkurven für höhere Umformgrade zu erhalten.
Damit wird die Grundlage für eine Fließkurvenextrapolation verbessert und die Voraussetzungen für eine realitätsnahe Werkstoffmodellierung in der Simulation geschaffen.
Bezüglich des theoretischen Ansatzes wurde davon ausgegangen, dass auch nach beginnender Einschnürung noch Bereiche mit einachsigem Spannungszustand in der Probe existieren und im Bereich der Lokalisierung weiterhin plastische Deformation erfolgt.
Durch die geeignete Positionierung einer Schnittlinie ließ sich unter Nutzung lokal auftretender einachsiger Spannungszustände eine Zugprobe auch nach der Einschnürung auswerten.
Dabei wurden die Bereiche mit einachsigem Spannungszustand über die Kontrolle der Querdehnung identifiziert. Diese als Schnittlinie bezeichnete Methode lieferte um 45 % höhere auswertbare Dehnungsbereiche gegenüber der standardisierten Methode nach DIN EN ISO 6892-1.
Diese Methodik wurde hinsichtlich der Sensitivität von Schnittlinienposition und Werkstoff analysiert und entsprechende Empfehlungen formuliert. Des Weiteren wurde ein KI-Ansatz verfolgt und erfolgreich umgesetzt, der allerdings – gemäß dem methodischen Ansatz – bei höheren Dehnungswerten infolge der reduzierten Datenmenge inakzeptabel große Abweichungen zur Folge hatte.
Insofern ist die zu favorisierende Methodik durch die physikalisch basierte, hier entwickelte Schnittlinienmethode gegeben und wird auch via GUI und Python-Implementierung bereitgestellt.
Förderhinweis
Das IGF-Vorhaben "Erweiterung der Auswertegrenzen zur Ermittlung von Fließkurven im einachsigen Zugversuch über die Gleichmaßdehnung hinaus" der Forschungsvereinigung EFB e.V. wurde unter der Fördernummer AiF 21358N über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 616 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.
Summary
The aim of the research project was to shift the evaluation limits in the uniaxial tensile test beyond the uniform strain and thus obtain yield curves for higher degrees of deformation.
This improves the basis for yield curve extrapolation and creates the conditions for realistic material modeling in the simulation. With regard to the theoretical approach, it was assumed that even after the onset of necking, areas with uniaxial stress states still exist in the specimen and that plastic deformation continues to occur in the area of localization.
By appropriately positioning a section line, it was possible to evaluate a tensile specimen even after necking using locally occurring uniaxial stress states. The areas with uniaxial stress states were identified by checking the transverse strain.
This method, known as the cutting line, provided 45% higher evaluable strain ranges compared to the standardized method according to DIN EN ISO 6892-1. This method was analyzed with regard to the sensitivity of the cutting line position and material and corresponding recommendations were formulated. Furthermore, an AI approach was carried out and successfully implemented.
However, in accordance with the methodological approach itself, it resulted in unacceptably large deviations at higher strain values due to the reduced amount of data. In this respect, the methodology to be favored is given by the physically based cutting line method developed here and is provided via GUI and Python implementation.
Inhaltsverzeichnis
Zusammenfassung
Abbildungsverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis und Formelzeichen
1 Einleitung
2 Stand der Technik
2.1 Der Zugversuch
2.1.1 Versuchsablauf
2.1.2 Auswertung des Zugversuchs nach der Gleichmaßdehnung
2.2 Digital image correlation in material testing
2.2.1 Einführung in DIC
2.2.2 2D Digitale Bildkorrelation
2.2.3 Digitale 3D-Bildkorrelation:
2.3 Output Data
2.4 Künstliche neuronale Netzwerke
2.4.1 CRISP Modell
2.4.2 Funktionsweise und Training künstlicher neuronaler Netze
2.4.3 Bewertung und Verbesserung trainierter neuronaler Netzmodelle
2.4.4 Convolutional Neural Networks
2.4.5 Anwendung künstlicher neuronaler Netze zur Lösung von Regressionsproblemen
3 Ergebnisse und Ausblick
3.1 Werkstoff- und Versuchsdatenbank
3.1.1 Werkstoffversuche und DIC-Datensammlung
3.1.2 Virtuelle Werkstoffe und Numerische Zugversuche
3.2 Erweiterte Zugversuchsauswertung
3.2.1 Analyse des Zugversuchs mittels Neuronaler Netzwerke
3.2.2 Analyse des Zugversuchs mittels Schnittlinienmethode
3.2.3 Methodenvergleich
3.3 Sensitivitätsanalyse und Validierung
3.3.1 Schnittlinienparameter
3.3.2 Einfluss experimenteller Parameter
3.3.3 Gegenüberstellung FE-Simulation und realer Tiefziehversuch
3.4 Überführung in ein Softwarepaket
3.4.1 Einführung
3.4.2 Verwendete Bibliotheken
3.4.3 Überblick über die Funktionalität
3.4.4 Grafische Benutzeroberfläche
4 Fazit
4.1 Wissenschaftlich-technischer und wirtschaftlicher Nutzen der Ergebnisse für KMU
4.1.1 Verbesserung der Simulationsgenauigkeit
4.1.2 Technische und wirtschaftliche Implikationen
5 Literatur
