Contribution to an efficient FE-based design of magnesium sheet parts
Third party funded individual grant
Start date : 01.10.2014
End date : 30.06.2017
Project details
Short description
This fundamental research project funded by the German Research Foundation (DFG) comprises the numerical analysis of the plastic material behavior of magnesium alloys with the help of implementation, enhancement and experimental validation of an efficient constitutive model.
Thus, the numerical design and analysis of magnesium sheet metal parts from the magnesium alloy AZ31 is significantly improved. Fundament of this project is the use and enhancement of existing test methods for the characterization of magnesium alloys at room temperature and elevated temperatures developed at LFT. An exact parameter identification for a fundamental understanding of the complex material behavior of magnesium alloys is used to the calibration of an isothermal numerical model at room temperature and at 200 °C. The characteristic of the material behavior, the anisotropic behavior and the tension-compression-asymmetry, is considered with the identification of a complex material model for the numerical simulation.
The evaluation of the identified plasticity model's efficiency results from the validation of the numerical model on an experimentally drawn demonstrator part.
Scientific Abstract
Leichtbau ist für die Automobilhersteller eine bekannte Maßnahme zur Reduzierung des Gesamtgewichts der Fahrzeuge und zur Senkung des Kraftstoffverbrauches sowie der Treibhausgasemissionen. Zu Erfüllung dieser Anforderungen kommen serienmäßig Aluminiumlegierungen sowie hoch- und höchstfeste Stähle in modernen Fahrzeugkarosserien zum Einsatz. Magnesium konnte sich jedoch bislang, trotz seiner geringen Dichte, nicht durchsetzen. Ein Grund dafür ist die fehlende umformtechnische Erfahrung, welche auf die mangelnde Modellierbarkeit des Werkstoffverhaltens durch die Finite-Elemente-Methode zurückzuführen ist. Diesbezüglich macht sich sowohl die begrenzte Verfügbarkeit an geeigneten Materialmodellen, als auch deren Implementierung in kommerziellen FE-Programmen bemerkbar. Um diesem Defizit entgegenzuwirken, setzt sich dieses Forschungsvorhaben mit der Implementierung und darauf folgend mit der Weiterentwicklung eines geeigneten Materialmodels für Magnesiumblechwerkstoffe auseinander. Das nach Li et al. (2010) entwickelte konstitutive Materialmodell für Magnesiumblechwerkstoffe, genannt TWINLAW, wird in das kommerzielle FE-Programm ABAQUS/Standard mittels der UMAT Subroutine implementiert. Für eine verbesserte Beschreibung der Anisotropie wird das Modell in seiner Ursprungsform durch das Ersetzen der zugrundeliegenden isotropen Fließfläche mit einer anisotropen Fließfläche erweitert. Zusätzlich zu der aufwendigen Implementierung des nur allgemein beschriebenen bestehenden Modells stellt dessen Weiterentwicklung eine anspruchsvolle Aufgabe dar. Es soll nicht nur die komplexe Formulierung eines fortgeschrittenen Fließkriteriums numerisch behandelt werden, sondern auch das gesamte Modell überarbeitet werden. Es ist unter anderem zu erwarten, dass auf Grund der Komplexität der neuen Fließfläche das Integrationsverfahren mit neuen Algorithmen ersetzt werden muss. Anders als bei Li et al. (2010) wird dieses neu entstandene Materialmodell isotherm bei erhöhten Temperaturen getestet. Diese Validierung für einen für umformtechnische Anwendungen relevanten Temperaturbereich wird durch die am LFT entwickelten Prüfmethoden sowie deren Weiterentwicklungen erfolgen.