Virtuelle Kennwertermittlung für die Umformsimulation von Feinblechen - Teil 2

In der Praxis der Blechumformsimulation besteht für viele Werkstoffe noch Klärungsbedarf, welches Materialmodell erforderlich ist und wie die Modellparameter zu bestimmen sind, um den Werkstoff hinreichend genau abzubilden. Aufgrund der Blechanisotropie spielt neben der Kaltverfestigung die Beschreibung des Fließorts eine zentrale Rolle. Insbesondere bei höher entwickelten Fließortmodellen wird die praktische Anwendung dadurch erschwert, dass aufgrund der gestiegenen Anzahl an Modellparametern ein erweitertes Prüfprogramm erforderlich ist. Zur präzisen Ermittlung von Modellparametern müssen zudem häufig Lastfälle betrachtet werden, die experimentell nur schwer oder gar nicht zugänglich sind. In dem Vorgängerprojekt (AIF-Nr.: 17469BG) wurden die Grundlagen für eine alternative Methode erarbeitet, bei der mit Hilfe von ""virtuellen Versuchen" das Werkstoffverhalten für beliebige Belastungszustände aus Mikrostruktur-Simulationsmodellen vorhergesagt wird. Diese Methodik wurde im Rahmen dieses Vorhabens weiterentwickelt, mit dem Ziel, die Werkstoffeigenschaften möglichst genau zu beschreiben. Weiterhin wurde eine Simulationsumgebung entwickelt, mit der die Durchführung der ""virtuellen Versuche" effizient umgesetzt werden kann. Es besteht nun die Möglichkeit, für geeignete Blechwerkstoffe eine sehr große Anzahl an virtuellen Versuchen mit beliebigen Belastungszuständen im Rechner abzubilden, um die richtungsabhängigen Eigenschaften der Blechwerkstoffe mit hoher Genauigkeit zu beschreiben. Die mit der Methode der virtuellen Versuche bzw. der virtuellen Kennwertermittlung ermittelten makroskopischen Größen wurden verwendet, um eine große Anzahl von verschiedenen Fließortmodellen und Anpassungsvarianten zu untersuchen und zu bewerten. Anhand bauteilnaher Umformsimulationen wurde gezeigt, dass die Simulationen mit Fließortmodellen, die an die virtuellen Versuche angepasst wurden, gleich gute oder leicht bessere Ergebnisse liefern als die Vorgehensweise entsprechend dem Stand der Technik. Somit konnte die neuartige Methode der virtuellen Kennwertermittlung erfolgreich validiert werden. Diese Methode kann als Ergänzung zur klassischen Werkstoffcharakterisierung eingesetzt werden, oder als Alternative für Versuche, die komplex in der Durchführung oder Auswertung sind. Weiterhin bieten die Daten aus der virtuellen Kennwertermittlung die Möglichkeit einer genauen Fließortanpassung, was für die Simulation von kritischen Umformprozessen, z.B. nahe an den Umformgrenzen, von Bedeutung sein kann. Auch Fließortmodelle, die bislang nicht eingesetzt wurden, weil die dafür erforderliche experimentelle Datenbasis zu umfangreich ist, können mit den virtuell ermittelten Kennwerten nun viel einfacher angepasst werden. Da mit der Methode der virtuellen Kennwertermittlung auch Belastungszustände außerhalb der Blechebene untersucht werden können, können damit auch Daten für komplexere, 3D-Materialmodelle ermittelt werden, die für die Simulation von bestimmten Anwendungen in der Blechumformung benötigt werden.

In the application of sheet metal forming simulations open questions exist for many materials concerning the material model and the procedure to calibrate the model parameters to describe the material behaviour with adequate accuracy. Due to the anisotropy of the sheet metal, the choice of the right yield function is another important part beside the description of the work hardening. Especially when advanced yield functions are used information about many load cases are necessary for the parameter calibration. Some of these tests are experimentally expensive or cannot be realised at all. In the previous project (AIF-No.: 17569BG) the fundamental procedure has been established to predict the material behaviour for arbitrary load cases using a "virtual testing" based on microstructure simulations. In the current project this methodology was further developed to be able to describe the material properties with good accuracy and at the same time establish a simulation framework that allows an efficient workflow for the "virtual testing". Based on the macroscopic properties obtained by the "virtual testing" procedure, several anisotropic yield models were chosen and calibrated. Under consideration of the available experimental data, the method of "virtual testing" was successfully validated. The main objective of the current project was to apply and validate the method of "virtual testing" on more practice-oriented examples which are relevant for the industrial application in sheet metal forming. Especially the benefit of the "virtual testing" with regard to the prediction quality of forming simulations compared to standard methods was investigated and evaluated.