Erfassung der plastischen Anisotropie metallischer Werkstoffe durch Eindringversuche
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Aufgabe an der Universität Stuttgart bestand darin, die Optimierung der Indentergeometrie zur Erzielung eines ebenen Formänderungszustandes vorzunehmen und den Indenterkörper in seinem Aufbau (Diamant, Wolframpatrone und Hartmetallfassung) für eine dauerhaft reproduzierbare Versuchsdurchführung zu konzipieren, sowie die Konstruktion und den Bau der Versuchseinrichtung einschließlich der messtechnischen Ausrüstung für die Durchführung der registrierenden Eindringversuche (Zusammen mit Ankara) zu übernehmen und (Zusammen mit Chemnitz) Experimente nach einen Versuchplan an zuvor präparierten Proben vorzunehmen. Die Aufgabe an der TU Chemnitz bestand in der Entwicklung eines Verfahrens sowie einer Software für die Auswertung registrierender Eindringversuche (Parameteridentifikation). Inverse Aufgaben wie die Parameteridentifikation werden durch Rückführung auf ein Optimierungsproblem gelöst. Zur Berechnung der numerischen Vergleichswerte in der Zielfunktion (Fehlerquadratsummennorm) diente die hauseigene FEMForschungssoftware SPC-PM2AdNl. Der optimale Parametersatz wurde unter Einsatz deterministischer Optimierungsverfahren im Zusammenhang mit einer semianalytischen Sensitivitätsanalyse bestimmt. Zum Test der entwickelten Software wurde die so genannte Reidentifikation eingesetzt. Den Abschluss bildete die erfolgreiche Auswertung der an der Universität Stuttgart durchgeführten Experimente. Die Aufgabe in Ankara bestand in der 2. Förderperiode in der Beratung zu Konstruktion und Bau der Versuchseinrichtung für die Durchführung registrierender Eindringversuche sowie in diversen numerischen Simulationen zur Verifikation des Indenters in der neuen Versuchseinrichtung. Als Ergebnis der Arbeit an den drei Forschungsstellen entstand ein Verfahren (experimentelle Einrichtung, Auswertung der Experimente) zur Ermittlung der plastischen Anisotropie metallischer Werkstoffe (insbesondere bei Halbzeugen der Kaltmassivumformung). Aus der Sicht der Parameteridentifikation ist vor allem der Nachweis interessant, dass experimentelle Ergebnisse in Form globaler Daten (z.B. Kraft-Verschiebungs- Kurven), die in Versuchen mit inhomogenen Spannungs- bzw. Verformungszuständen im Messgebiet der Proben gewonnen wurden, einen größeren Informationsgehalt als die Ergebnisse einachsiger Versuche besitzen. So gelang es in der ersten Förderungsperiode, aus drei synthetischen Kraft-Verschiebungs-Kurven inhomogener Stauchversuche (Belastung jeweils in Richtung einer Orthotropieachse, Erzeugung der Kurven als direkte Lösungen mit der FEM) die 6 Parameter der Fließbedingung von Hill (plastische Orthotropie) in Form einer Reidentifikation eindeutig zu bestimmen (vgl. den Bericht zur ersten Förderungsperiode). Drei einachsige Zugoder Druckversuche hätten lediglich zur Festlegung von drei Parametern ausgereicht. Ein analoger Nachweis konnte in der zweiten Förderungsperiode auch für den Fall registrierender Eindringversuche (3 Kraft-Eindring-Kurven, Indenter ohne Selbstähnlichkeit) erbracht werden.
