Verbesserung der Versagenscharakterisierung von hochfesten Stahlblechwerkstoffen durch Kopplung von Messsystemen zur optischen Formänderungsanalyse mit der Schallemissionstechnik
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Strenge gesetzliche Regelungen zu Emissionen neuer Fahrzeuge sowie hohe Treibstoffpreise führen seit Jahren zu Veränderungen bei den Fahrzeugkonzepten. Um das Gewicht ihrer Produkte zu reduzieren, setzen die Automobilhersteller verstärkt auf moderne Leichtbauwerkstoffe, wie höher- und hochfeste Stähle. Um das hohe Potenzial dieser Stahlwerkstoffe zur Reduzierung des Fahrzeuggewichts optimal nutzen zu können, bedarf es einer zuverlässigen Auslegung ihres Umformvermögens und des Crashverhaltens der resultierenden Blechbauteile mittels der numerischen Simulation. Diese setzt eine genaue Modellierung des Werkstoffverhaltens unter Prozessbedingungen voraus. Im Hinblick auf die Blechumformung müssen dafür die Fließbedingung, das Verfestigungsverhalten und das Formänderungsvermögen charakterisiert und modelliert werden. Zur Beschreibung des Formänderungsvermögens werden häufig Versagensmodelle verwendet, die einen Riss mit Hilfe des auf dem Spannungszustand gewichteten Vergleichsumformgrads voraussagen. Als Beispiel kann hier das modifizierte Mohr-Coulomb-Versagensmodell genannt werden. Zur Parametrisierung dieser Versagensmodelle werden Charakterisierungsversuche mit unterschiedlichen Proben in einem breiten Spektrum von Spannungszuständen durchgeführt. Der Vergleichsumformgrad während des Materialversagens wird dabei von vielen Materiallaboren mittels eines optischen Messsystems an der Probenoberfläche zum Zeitpunkt eines makroskopischen Risses bestimmt. Die Schallemissionsanalyse bietet große Möglichkeiten, die Genauigkeit der Charakterisierung des Versagens zu verbessern. Hiermit ist die verbesserte bzw. frühzeitigere Detektion des Risszeitpunkts im Probeninneren während der Umformung möglich. Durch die Anwendung der Methodik mit akustischer Emission kann eine genauere Versagenscharakterisierung für die numerische Auslegung von Umformprozessen mit hochfesten Blechwerkstoffen erzielt werden. Die Ergebnisse in diesem Forschungsvorhaben haben gezeigt, dass die Bestimmung des Risszeitpunkts mittels Schallemissionsanalyse und die Annahme des Rissorts im Probeninneren einen deutlichen Einfluss auf die zu parametrisierenden Versagensmodelle liefern. Eine verbesserte Genauigkeit der Versagensmodelle durch die neue Methodik mit Schallemissionsanalyse konnte anhand von Prozesssimulationen eines Tiefziehvorgangs und anschließendem Vergleich zu experimentellen Tiefziehversuchen bestätigt werden. Die Untersuchungen wurden für die hochfesten Stähle DP1000 und CP800 durchgeführt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Evaluating material failure of AHSS using acoustic emission analysis. Materials Research Proceedings, 25, 379-386. Materials Research Forum LLC.
Stockburger, E.
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Failure Modelling of CP800 Using Acoustic Emission Analysis. Applied Sciences, 13(6), 4067.
Stockburger, Eugen; Wester, Hendrik & Behrens, Bernd-Arno
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Fracture Characterisation and Modelling of AHSS Using Acoustic Emission Analysis for Deep Drawing. Journal of Manufacturing and Materials Processing, 7(4), 127.
Stockburger, Eugen; Wester, Hendrik & Behrens, Bernd-Arno
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Optimised parametrisation of the MMC fracture model using AE and FE analysis. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1284(1), 012072.
Stockburger, E.; Wester, H. & Behrens, B.-A.
