Mikrostruktursimulationen zur Ermittlung von Materialeigenschaften für Blechwerkstoffe und Anwendung in der Umformsimulation

Das anisotrope mechanische Verhalten von Blechwerkstoffen wurden mit der Finiten Elemente Methode auf Basis von Mikrostrukturmodellen kombiniert mit der Kristallplastizität untersucht. Die Vorgehensweise wurde erfolgreich für drei einphasige Werkstoffe angewendet: zwei ferritische Stähle DC04 und DX56 sowie die Aluminiumlegierung AA6014. Es konnten technisch relevante Kennwerte, wie E-Modul, Fließspannung und r-Werte in guter Übereinstimmung mit experimentellen Ergebnissen berechnet werden. Darüber hinaus wurde die experimentelle Datenbasis um Informationen über die Form des Fließorts erweitert. Für den Stahl DC04 wurde basierend auf diesen Ergebnissen das phänomenologische Materialmodell nach Hill 48 ausgewählt und dessen Modellparameter bestimmt. Das Materialmodell wurde mit einem effizienten Spannungsalgorithmus implementiert, bei dem das Gleichungssystem auf die Lösung einer nichtlinearen Gleichung mit einer Unbekannten reduziert werden konnte. Bei der Anwendung des Modells in der Tiefziehsimulation zylindrischer Näpfchen, konnte eine gute Übereinstimmung der vorhergesagten Stempelkraft und des Zipfelprofils mit Messergebnissen gezeigt werden.