Experimentelle Ermittlung und Beschreibung von Folgefließortkurven
Final Report Abstract
Die simulationsbasierte Produktentwicklung durch Finite-Element-Analyse (FEA) ist in der industriellen Anwendung als Werkzeug zur Auslegung von Umformprozessen etabliert und wird in nahezu allen Unternehmensgrößen eingesetzt. Die experimentelle Ermittlung der dafür benötigten Werkstoffkennwerte (Fließortkurven), die in Berechnungsmodellen als Eingangsgröße notwendig sind , und der Vergleich der Anwendbarkeit von verschiedenen Modellen zur Berechnung der Fließortkurven aus einfachen einachsigen Versuchen, waren Ziele dieses Vorhabens. Damit sollte die Abweichungen zwischen berechnetem und realem Ergebnis von Umformversuchen auf Basis der Unterschiede in den durch Modelle berechneten und experimentell bestimmten Fließortkurven speziell im biaxialen Druckbereich erklärt werden. Die Möglichkeit im biaxialen Druckbereich verlässliche Kennwerte zu ermitteln, ohne ein Ausknicken der Blechproben während der experimentelle Durchführung, wurde durch die Entwicklung und stetige Verbesserung eines neuen biaxialen Druckaufbaus im Rahmen des Vorhabens erreicht. Damit wurden der Einfluss der Vorverformung beim Dressieren und der Effekt einer "plain-strain" Verformung bei unterschiedlichen Dehnraten auf die Folgefließortkurven untersucht. Dabei wurde gezeigt, dass das Dressieren dazu führt, dass das häufig verwendete Modell nach Hill '48 nur die Fließortkurve des undressierten Werkstoffes korrekt im biaxialen Druckbereich abbildet. Diese neue Erkenntnis ist wichtig, um die Berechnungsqualität des Modells einzuschätzen und mit anderen Ansätzen zu vergleichen. So konnte das Modell nach Verma '11 die experimentellen Ergebnisse auch im biaxialen Druckbereich des dressierten Zustands korrekt abbilden und bietet daher eine deutlich höhere Berechnungsgenauigkeit. Mit der Entwicklung des Prüfaufbaus für biaxiale Druckversuche in diesem Vorhaben waren diese Versuche erstmals möglich und stehen nun auch zur Verfügung, um eine vollständige Charakterisierung der Fließortkurven von Anlieferungszuständen und ebenfalls die Validierung von Modellen zur Berechnung von Fließortkurven durchzuführen. Der Einfluss einer "plain-strain" Verformung bei unterschiedlichen Dehnraten auf die Folgefließortkurve zeigte, dass mit zunehmender Dehnrate die Fließspannung nicht ansteigt, sondern abnimmt. Diese neue Erkenntnis wird von den klassischen Modellen zur Berechnung der Fließortkurve nicht abgebildet. In Texturmessungen konnte keine Erklärung für dieses Verhalten ermittelt werden, aber in TEM-Untersuchungen wurden signifikant geringere Versetzungsdichten in anderer Anordnung der Versetzungszellen im Gefüge nach Vorverformung mit einer Dehnrate von 100 s^-1 nachgewiesen, die diesen Effekt erklären. Die Berücksichtigung dieses Effektes ist für präzise Vorhersagen der Rückfederung von Bauteilen nach teilweise mehrstufigen oder dynamischen Umformprozessen notwendig und nun auch experimentell möglich. Mit einem ab 2016 an der OvGU Magdeburg verfügbaren Prüfaufbau (gefördert im Rahmen eines Großgeräteantrag bei der DFG) wird es möglich sein, an dieser Stelle wissenschaftlich anzuknüpfen und neue experimentelle Daten zur Identifizierung und Weiterentwicklung von Materialmodellen zu generieren. Dabei kann mit dem neuen Prüfaufbau sowohl im biaxialen Zugbereich als auch im biaxialen Druckbereich geprüft werden. Ebenfalls wird es dann möglich sein, den Einfluss von hohen Dehnraten auf das Fließverhalten zu charakterisieren, was einen höheren Bezug zu den realen, häufig schnellen Umformprozessen hat.
Publications
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„Flow behavior of automotive aluminium sheets during in-plane uniaxial and biaxial compression loading", Material Characterization and Modelling, steel research int. 2011
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„Validation of simple shear tests for parameter identification considering the evolution of plastic anisotropy", Technische Mechanik, 32, 2-5, (2012), 622 - 630
Zillmann, B.; Clausmeyer, T.; Bargmann, S.; Lampke, T.; Wagner, M.F.-X.; Halle, T.
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„An experimental and numerical investigation of different shear test configurations for sheet metal characterization", International Journal of Solids and Structures 12/2013; 51(5)
Yin, Q.;-Zillmann, B.; Suttner, S.; Gerstein, G.; Biasutti, M.;-Erman Tekkaya, A.; Wagner, M. F.-X.; Merklein, M.; Schaper, M.; Halle, T.; Brosius, A.
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„Experimental characterization of microstructure development during loading path changes in bcc sheet steels"J Mater Sci (2013) 48:674-689
Clausmeyer, T.; Gerstein, G.; Bargmann, S.; Svendsen, B.; van den Boogaard, A.H.; Zillmann, B.
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„In-plane biaxial compression and tension testing of thin sheet materials", International Journal of Solids and Structures 66 (2015), S. 111-120
Zillmann, B.; Wagner, M. F.-X.; Schmaltz, S.; Schmidl, E.; Lampke, T.; Willner, K.; Halle, T.
