Verbesserte Blechumformsimulation durch 3D-Werkstoffmodelle und erweiterte Schalenformulierungen

Projektbeschreibung

Das Ziel dieses Forschungsvorhabens besteht darin, kritische Blechumformprozesse, die mit den Finite-Elemente- Modellierungsansätzen nach dem aktuellen Stand der Technik nur unzureichend abgebildet werden können, simulativ besser beherrschbar zu machen. Bei solchen „kritischen Blechumformprozessen" sind die Annahmen der verwendeten Schalenelemente (ebener Spannungszustand und Ebenbleiben des Querschnitts) nicht mehr gültig, und führen zu ungenauen bzw. unbrauchbaren Ergebnissen, wie z. B. bei der Umformung dicker Bleche, beim Vorhandensein von kleinen Radien oder bei speziellen Umformprozessen wie z.B. Falzen, Abstrecken, Prägen oder Rollformen.

Eine Verbesserung soll erreicht werden, indem zwei Aspekte der Modellbildung parallel berücksichtigt werden: Durch die Entwicklung von erweiterten Schalenelementen für die FE-Simulation, die nicht nur die Spannungen in Blechdickenrichtung, sondern auch Effekte aus Querschnittsverwölbungen hinreichend genau abbilden können und gleichzeitig durch die Bereitstellung von angepassten, anisotropen 3D-Materialmodellen und Methoden zur Parameteridentifikation für diese Modelle, die für die erweiterten Schalenformulierungen erforderlich sind.

Die entwickelten Modellansätze sollen für die Implementierung in kommerzielle Software für die Blechumformung bereitgestellt werden, so dass diese für KMU direkt zugänglich sind. Neben der verbesserten Prognosefähigkeit des jeweiligen Umformprozesses können auch genauere Daten für die Simulation oder Bewertung von Folgeprozessen bereitgestellt werden, was zusätzlich einen Mehrwert entlang der Fertigungskette eines Bauteils bedeutet. Weiterhin können die lokalen Belastungszustände in der Nähe der Umformgrenzen besser abgebildet werden, da nach dem Beginn der Lokalisierung bzw. Einschnürung kein ebener Spannungszustand mehr vorliegt. Mittelfristig können die erzielten Ergebnisse von der Blechumformung auch auf den Crashbereich übertragen werden und erschließen damit ein weiteres Anwendungsfeld.