Thermomechanical interaction in the shear cutting affected zone
Final Report Abstract
Im Rahmen des Forschungsvorhabens konnte erfolgreich ein Prüfstand samt Auswerteroutine entwickelt und aufgebaut werden, der es erstmals zulässt in hoher örtlicher und zeitlicher Auflösung das Scherschneiden zu analysieren. Darüber hinaus konnte erfolgreich eine Temperaturmessung in den Prüfstand integriert werden. Ein wesentlicher Meilenstein ist die robuste Berechnung von Dehnungs- und Dehnratenfelder über geeignete optische Methoden, die aus dem Bereich Computer Vision für die experimentelle Mechanik adaptiert werden konnten. Kommerziell verfügbare Software war nicht in der Lage mit den experimentellen Daten zu arbeiten. Der final implementierte Ansatz greift neben der üblichen räumlichen Regularisierung auch auf eine zeitliche Regularisierung zurück. Die Regularisierungstechniken stabilisieren die Lösung und schaffen es so, eine robuste Versuchsauswertung bis in höchste Dehnungsbereiche und damit über den gesamten Scherschneidprozess sicherzustellen. Neben der robusten Berechnung von hohen partiellen Ableitungen der Verschiebungsfelder, war es außerdem derart möglich, den Probenpräparationsaufwand gering zu halten, was die groß angelegte Prozessparameterstudie erst möglich machte. Der Kernbestandteil des Prüfstands ist ein Glasanschlag, der die Aufrechterhaltung des ebenen Dehnungszustands während der Beobachtung des Scherschneidvorgangs sicherstellt. Dieses Konzept konnte sowohl durch Betrachtung der Schnittflächengeometrie als auch durch numerische Simulation validiert werden. Die am Glasanschlag des Versuchswerkzeuges auftretenden Spannungen gleichen den im Probeninneren herrschenden Spannungen, wodurch die errechneten Felder der optischen Analyse ebenfalls auf das Probeninnere übertragen werden können. Mit dem konzipierten Prüfaufbau und der neu erarbeiteten Auswerteroutine, konnte schließlich eine breite Datenbasis analysierter Scherschneidvorgänge aufgebaut werden. Hierdurch konnten erstmals räumlich und zeitlich aufgelöste Informationen genutzt werden, um sinnvolle Größenordnungen für die Zustandsgrößen in Materialkarten bereitzustellen. Darüber hinaus bieten die Projektergebnisse eine breite Datenbasis zu Validierung numerischer Simulationsmodelle. Anhand dieser Datenbasis ist es außerdem nun möglich auf Basis eines datengetrieben Modells Scherschneidvorgänge verschiedener Prozesskonfigurationen, für den Stahlwerkstoff S355MC sowie den Aluminiumwerkstoff EN AW 5083 der Dicke 4mm räumlich und zeitlich aufgelöst vorherzusagen. Dem aktuellen Trend in der Forschung und Industrie folgend, dass neben den Schnittflächenkenngrößen auch zunehmen die Schereinflusszone als qualitätsgebend für geschnittene Bauteile erachtet wird, leistet das Projekt damit einen deutlichen Beitrag.
Publications
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(2018) Implementation and evaluation of optical flow methods for two-dimensional deformation measurement in comparison to digital image correlation. Optics and Lasers in Engineering 107, pp. 127–141
Hartmann C, Wang J, Opritescu D, Volk W
-
(2018) Investigation on strain dependent elastic behavior for accurate springback analysis. Journal of Physics: Conference Series 1063, p. 012118
Vitzthum S, Eder M, Hartmann C, Volk W
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(2019) Digital image correlation and optical flow analysis based on the material texture with application on high-speed deformation measurement in shear cutting. International Conference on Digital Image and Signal Processing, pp. 1–8
Hartmann C, Volk W
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(2019) MaterialModeler - From experimental raw data to a material model. SoftwareX 10:100249
Benkert T, Hartmann C, Eder M, Speckmaier F, Volk W
-
(2019) Temperature-based determination of the onset of yielding using a new clip-on device for tensile tests. Procedia Manufacturing 29, pp. 490–497
Vitzthum S, Hartmann C, Eder M, Volk W
-
(2019) Variational methods in comparison to digital Image correlation for full field deformation analysis under variable conditions”. 12th Forming Technology Forum, pp. 1–7
Hartmann C, Volk W
-
(2020) Spatio-Temporal Optical Flow Methods for Process Analysis – Robust Strain, Strain Rate, and Crack Propagation Measurement in Shear Cutting. Dissertation, Technische Universität München
Hartmann C
-
(2021) Full-Field Strain Measurement in Multi-stage Shear Cutting: High-Speed Camera Setup and Variational Motion Estimation. The Minerals, Metals & Materials Series: Forming the Future, pp. 1605–1615
Hartmann C, Volk W
-
(2021) In-situ measurement of higher-order strain derivatives for advanced analysis of forming processes using spatio-temporal optical flow. CIRP Annals 70(1), pp. 251–254
Hartmann C, Lechner P, Volk W
-
(2021) Measurement of strain, strain rate and crack evolution in shear cutting. Journal of Materials Processing Technology 288, p. 116872
Hartmann C, Weiss HA, Lechner P, Volk W, Neumayer S, Fitschen JH, Steidl G
