Entwicklung eines Verfahrens zur Fließkurvenermittlung durch explizite punktweise inverse Modellierung

• Antragsteller: Dr.-Ing. Emad Scharifi, seit 7/2024
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 393221806

Im Rahmen der zweiten Projektphase soll ein zuvor entwickelter Algorithmus zur inversen Fließkurvenermittlung auf weitere Verfahren zur Materialcharakterisierung angewandt und der Algorithmus entsprechend angepasst und optimiert werden. Anstelle der sonst üblichen iterativen Parameteroptimierung von analytischen Fließkurvenbeschreibungen, berechnet der Algorithmus während einer einzigen Simulation einzelne Datenpunkte aus Fließspannung und Umformgrad. Auf diese Weise entfällt die Notwendigkeit einer analytischen Fließkurvenbeschreibung, wodurch die inverse Fließkurvenermittlung auch Effekte wie Lüdersdehnung, Portevin-Le-Chatelier Effekt oder das Auftreten von mehrfachen Rekristallisationszyklen berücksichtigen kann, was bisher nahezu unmöglich ist. Die Ermittlung der einzelnen Datenpunkte während der Berechnung des Simulationsmodells erfolgt, indem der Datenpunkt iterativ solange angepasst wird, bis die Abweichung zwischen der aktuellen Umformkraft in der Simulation und dem entsprechenden experimentellen Datenpunkt minimiert ist. Dieses Vorgehen wurde in der ersten Projektphase anhand von nahezu reibungsfreien Zylinderstauchversuchen zunächst implementiert und validiert. Das übergeordnete Ziel in der zweiten Phase ist, die Erweiterung des Algorithmus um den breiten praktischen Einsatz vorzubereiten. Zum einen sollen dazu Fließkurven auf Basis von Warmflachzugversuchen bis zum Bruch in einem Umformdilatometer und Torsionsversuche bis zu Dehnungen > 2 auf einem Torsionsplastometer betrachtet werden. Erstere Versuche ermöglichen es für relevante Verfahren der Warmblechumformung, z.B. das Presshärten, verlässlich Fließkurven mit hoher maximaler Dehnung bei relevanten Spannungszuständen zu bestimmen. Letztere Versuche ermöglichen analog die Bestimmung von Fließkurven für die Massivumformung, z.B. das Gesenkschmieden. Zum anderen soll der Algorithmus befähigt werden, den erhöhten Informationsgehalt aus inhomogenen Experimenten zur effizienten und präzisen Charakterisierung von multiplen Fließkurven zu nutzen. Dazu ist insbesondere die Entwicklung einer entsprechenden Methodik für die Bestimmung mehrerer Fließkurven aus nur einem inhomogenen Versuch erforderlich. Letztendlich soll die Güte der ermittelten Fließkurven in industrienahen Demonstratorversuchen, wie einem Hot-Gas-Bulgetest, untersucht werden, indem die ermittelten Fließkurven in Simulationen der Demonstratorversuche verwendet und die Abweichung zwischen gemessener und simulierter Kraft analysiert wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Gerhard Hirt, bis 6/2024