Third Party Funds Group - Overall project
Start date : 01.02.2023
End date : 31.01.2025
By improving the accuracy with which material behavior is represented in simulations, components and manufacturing processes can be designed more resourceefficiently. Thus, material characterization plays a central role in the implementation of new lightweight design strategies and the achievement of better vehicle crash behavior.
A fundamental knowledge of material behavior is necessary for the targeted forming of metallic materials. Characterization tests, such as the tensile test, are used to determine specific material parameters such as yield stress, tensile strength, uniform elongation and elongation at break. In addition, the elastic-plastic material behavior can be analyzed. Through the appropriate choice of a material model, this material behavior is mapped in a simulation. Formingsimulations represent the manufacturing process and are used for the design of tools and sheets and contribute to the safe and resource-saving design of parts.
Most metallic materials exhibit strain rate sensitivity. This means that the material behavior changes depending on the forming speed. In particular, quasi-static characterization tests carried out at low strain rates, which hardly ever occur in real forming processes, lead to deviations from the real material behavior. Thus, the consideration of the actual strain rate sensitivity leads to an improved material modeling and thus simulative representation of the material behavior.
The aim of the research project is therefore to develop, in cooperation with the project partners, a robust method for carrying out optically strain-rate-controlled tests and to analyze the influence on the prediction quality of simulations. This will reduce the difference between the nominally selected strain rate and the actual strain rate. By this method, more accurate material parameters are measured, which in turn enables an improved component and process design.
Durch die Verbesserung der Abbildungsgenauigkeit des Werkstoffverhaltens in Simulationen können Bauteile und Fertigungsprozesse ressourceneffizienter ausgelegt werden. Der Werkstoffcharakterisierung kommt damit eine zentrale Rolle in der Umsetzung neuer Leichtbaustrategien und der Erzielung eines besseren Crashverhaltens von Fahrzeugen zu.
Für die gezielte Umformung metallischer Werkstoffe ist eine grundlegende Kenntnis des Werkstoffverhaltens notwendig. Im Rahmen von Charakterisierungsversuchen, werden spezifische Werkstoffkenngrößen wie Fließbeginn, Zugfestigkeit, Gleichmaßdehnung und Bruchdehnung ermittelt. Zudem kann das elastisch-plastische Materialverhalten analysiert werden. Durch die geeignete Wahl eines Materialmodells wird dieses Werkstoffverhalten in einer Simulation hinterlegt. Solche Simulationen bilden den Fertigungsprozess ab und dienen der Auslegung von Werkzeugen und Platinenzuschnitten und leisten einen Beitrag, Bauteile sicher und ressourcenschonend auslegen zu können.
Viele metallische Werkstoffe weisen eine Dehnratensensitivität auf. Das bedeutet, dass sich das Werkstoffverhalten in Abhängigkeit der Dehnrate und damit der Umformgeschwindigkeit, verändert. Insbesondere bei quasi-statischen Charakterisierungsversuche, die mit geringen Dehnraten durchgeführt werden, welche kaum in realen Umformprozessen auftreten, kommt es zu Abweichungen zum realen Werkstoffverhalten. Die Berücksichtigung der tatsächlichen Dehnratensensitivität, die aktuell nur eingeschränkt Untersucht werden kann, führt somit zu einer verbesserten Materialmodellierung und damit simulativen Abbildung des Materialverhaltens.
Ziel des Forschungsprojekts ist es deshalb, in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern eine robuste Methode zur Durchführung optisch dehnratengeregelter Versuche zu erarbeiten und den Einfluss auf die Prognosequalität von Simulationen zu analysieren. Hierdurch kann die Differenz zwischen der nominell gewählten und der tatsächlichen Dehnrate reduziert werden. Diese Methode soll somit zu genaueren Werkstoffkennwerten führen, welche damit eine verbesserte Bauteil- und Prozessauslegung ermöglichen.