DFG - Sonderforschungsbereich 692 „Hochfeste aluminiumbasierte Leichtbauwerkstoffe für Sicherheitsbauteile (Werkstoffe, Technologien, Prozessgestaltung) - HALS“

Teilprojekt C2 (Leitung: Prof. Kreißig (TUC), Prof. Putz (Fraunhofer IWU))
„Materialgesetze, Identifikation und Modelle der durchgängigen Prozessführung“ (01/2006 - 12/2009)

Zusammenfassung:
Für die Entwicklung und optimierte Auslegung von Prozessabläufen der umformtechnischen Bearbeitung hochfester Al-basierter Leichtbauwerkstoffe ist die numerische Simulation ein unverzichtbares Werkzeug. Da deren Genauigkeit wesentlich von der Materialbeschreibung abhängt, wird ein viskoplastisches Materialmodell vom Überspannungstyp, welches auf der multiplikativen Zerlegung des Deformationsgradienten in einen thermoelastischen und einen inelastischen Anteil basiert, entwickelt.
Einen weiteren Schwerpunkt bildet die Identifikation der Materialparameter dieses Modells. Zur Lösung der inversen Aufgabe, die auf ein nichtlineares Optimierungsproblem zurückgeführt wird, stehen entsprechende Algorithmen zur Verfügung. Sie beinhalten die Levenberg-Marquardt-Methode als ein gradientenbasiertes Optimierungsverfahren sowie die Berechnung der benötigten Ableitungen der Zielfunktion nach den Materialparametern im Zusammenhang mit der Lösung des direkten Problems. In diese Algorithmen müssen die neuen Materialgleichungen eingebaut werden. Die für die Auswertung erforderlichen Experimente wurden mit dem TP C1, dort erfolgt ihre Durchführung, abgestimmt.
Nach dem Einbau des Materialgesetzes in kommerzielle Software, dazu bieten sich die direkte Übergabe des Satzes von Materialgleichungen oder eines Materialmoduls (Lösung des Anfangswertproblems) an, wird zunächst die FEM-Simulation der Umformung ausgewählter Demonstratoren vorgenommen. Mit der Einbeziehung der Gefügemodellierung soll im Weiteren die Aussagekraft der Simulationsergebnisse deutlich vergrößert werden. Um die Untersuchung der sich einstellenden Gefüge zu erleichtern, ist die Entwicklung einer Versuchseinrichtung (Experimentator) vorgesehen, welche die Einstellung eines relevanten Spektrums der Prozessparameter unter der Bedingung der Ausbildung möglichst homogener Felder erlaubt. Untersuchungstechniken wie die Licht-, die Rasterelektronen- und die Transmissionselektronenmikroskopie werden für die metallografische Analyse eingesetzt. Die experimentellen Ergebnisse stellen einerseits die Grundlage für die sachgerechte Auswahl eines geeigneten Modells zur Beschreibung der Gefügeentwicklung dar. Andererseits bilden sie die Grundlage für die Bestimmung der im Modell enthaltenen Parameter. Bevorzugt werden solche Gefügemodelle, die sich sinnvoll mit einer phänomenologischen Betrachtung koppeln lassen. Abschließend wird die Integration des Gefügemodells in ein Programm zur Simulation des gesamten Fertigungsprozesses vorbereitet.