Weiterentwicklung der verbesserten Blechumformsimulation durch 3D-Werkstoffmodelle und erweiterte Schalenformulierungen

Der Beitrag berichtet über Ergebnisse aus dem aktuellen IGF-Forschungsvorhaben "3D-Blechmodellierung 2" (IGF-Vorhaben Nr. 21466 N). Dieses verfolgt das Ziel, die numerische Simulation kritischer Umformprozesse durch die Kombination von erweiterten Schalenformulierungen und geeigneten 3D-Materialmodellen zu verbessern. Hintergrund ist, dass spezielle Umformprozesse bzw. Folgeoperationen wie z. B. das Abstrecken, Falzen, Rollformen oder auch die Einformung von Charakterkanten mit FE-Schalenelementen entsprechend dem aktuellen Stand der Technik nicht hinreichend genau abgebildet werden können. Dieses liegt unter anderem daran, dass die Annahmen für Standard-Schalenelemente, z. B. das Ebenbleiben der Querschnitte und die Vernachlässigung der Normalspannungen in Blechdickenrichtungen, nicht mehr gelten. Daher werden in dem IGF-Forschungsvorhaben erweiterte Schalenelemente höherer Ordnung für die Umformsimulation entwickelt. Gleichzeitig benötigen solche Schalenelemente ein 3D-Materialmodell. Da für die Bestimmung der notwendigen Parameter für 3D-Materialmodelle eine rein experimentelle Charakterisierung nicht ausreichend ist, werden hierfür sogenannte »virtuelle Versuche« durchgeführt. Somit lässt sich auch die Anisotropie bzgl. der Blechdickenrichtung bei der Umformsimulation mitberücksichtigen. Der Beitrag zeigt anhand von Beispielen, wie das entwickelte Konzept für die Blechumformsimulation im industriellen Maßstab qualifiziert wurde.