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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