Validierung von Materialmodellen für Blechwerkstoffe mittels eines innovativen Werkzeugs

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Wolfram Volk
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 455388465

Wie für sämtliche Modelle, ist auch für Materialmodelle von Blechwerkstoffen eine Validierung vor deren Einsatz essentiell. Allerdings hat sich bisher noch keine effektive, effiziente und durchgängige Methodik zur Validierung durchgesetzt. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung und Umsetzung einer neuen, effektiven und effizienten Methodik zur Validierung von Materialmodellen für Blechwerkstoffe unter Verwendung eines innovativen Werkzeugkonzepts. Die Befähigung dieses Werkzeugs für eine Validierung konnte in eigenen Vorarbeiten bereits gezeigt werden. Der Fokus liegt dabei auf dem Fließortmodell und dessen Verfestigungsverhalten. Dazu werden anfangs umfangreiche experimentelle Untersuchungen mit Materialien aus drei unterschiedlichen Materialklassen durchgeführt (IF-Stahl, DP-Stahl, Aluminium). Einerseits werden dabei verschiedene Einflüsse auf die Versuchsergebnisse untersucht, andererseits wird damit eine umfassende Datenbasis für die folgenden Arbeitspakete generiert. Die Verwendung von Materialien verschiedener Klassen erlaubt es zu untersuchen, inwieweit das neue Konzept zur Validierung für die verschiedenen Materialklassen geeignet ist und inwieweit erzielte Erkenntnisse zwischen den Materialklassen übertragbar sind. Um gezielt verschiedene Spannungszustände im Materialmodell validieren zu können, werden auf dem Werkzeug nicht vorgedehnte Proben mit verschiedener Orientierung bezüglich der Walzrichtung untersucht. Für eine dezidierte Untersuchung des Verfestigungsverhaltens der Materialmodelle werden zudem vorgedehnte Proben untersucht. Dadurch erfährt das Material eine entsprechende Verfestigung. Werden diese vorgedehnten Proben mittels des Validierungswerkzeugs weiter umgeformt, ändert sich der Lastzustand signifikant. Für eine simulative Nachbildung in ausreichender Genauigkeit bedarf es dabei einer genauen Modellierung des Verfestigungsverhaltens.Darauf folgend werden verschiedene Simulationsmodelle aufgebaut, auf Basis derer numerische Vergleichsdaten generiert werden. Basis für diese umfassenden Studien sind verschiedene, teils komplexe Materialmodelle. Ferner werden verschiedene Parameter der Materialmodelle hinsichtlich deren Sensitivität auf die Simulationsergebnisse untersucht. Das dadurch erlangte Wissen hilft, Wirkzusammenhänge zu erkennen und die Simulationsergebnisse besser beurteilen zu können. Abschließend werden die Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen mit den simulativen Ergebnissen verglichen. Daraus können allgemeine Empfehlungen zum Einsatz verschiedener Materialmodelle abgeleitet werden.Die wesentlichen Ziele des Forschungsprojekts umfassen dabei:1. Durchführung und Auswertung nicht vorgedehnter und vorgedehnter Validierungsversuche2. Aufbau von Simulationsmodellen zur numerischen Abbildung und Durchführung grundlegender Sensitivitätsanalysen auf Basis der durchgeführten Versuche3. Validierung der verwendeten Materialmodelle und Ableitung allgemeiner Empfehlungen

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Roland Golle