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Konstitutive Gleichungen und numerische Verfahren zur Beschreibung von Verformung und Schädigung

Thomas, Sven :
Konstitutive Gleichungen und numerische Verfahren zur Beschreibung von Verformung und Schädigung.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2002)

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Seiten 1-88: Einleitung, Werkstoffe und Methoden, Konstitutive Gleichungen, Bestimmung der lokalen Dehnung nach wechselnder Verformung - PDF
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Seiten 89-137: Rissausbreitung unter statischer Belastung, Zusammenfassung, Literaturverzeichnis - PDF
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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Konstitutive Gleichungen und numerische Verfahren zur Beschreibung von Verformung und Schädigung
Language: German
Abstract:

In dieser Arbeit wird die numerische Beschreibung großer Verformungen untersucht. Dabei wird der Schwerpunkt auf die Schädigungsentwicklung und Verformung gelegt, wie sie bei technologischen Prozessen vorkommen. Ziele der Arbeit sind die numerische Beschreibung der lokalen Dehnung und Schädigung auf der Basis materialwissenschaftlich abgesicherter Gesetzmäßigkeiten und die Entwicklung einer praktikablen Methode zur Bestimmung lokaler Verformungen. In einer kritischen Literaturübersicht werden konstitutive Gleichungen hinsichtlich der Beschreibung der Verfestigung und der Schädigung diskutiert. Diese Übersicht ermöglicht die Auswahl derjenigen Gleichungen, die experimentelle Ergebnisse gut wiedergeben. Die Eignung der Härtemessung zur Überprüfung von FE-Berechnung und zur Einschätzung des Umformvermögens der Aluminiumlegierung EN AW-5083 wird im Detail untersucht. An einachsigen Modellversuchen wird die Härte als Funktion der Dehnung bestimmt. Ein Einfluß der Reihenfolge von Zug und Druck bei Wechselbelastungen wird nicht beobachtet. Es zeigt sich eine durch Eigenspannungen hervorgerufene Abhängigkeit der Härtemessung von der Belastungsgeschichte. Durch eine geeignete Wärmebehandlung nach Verformung werden die Eigenspannungen abgebaut und es ergibt sich ein einheitlicher Zusammenhang zwischen Härte und Dehnung. Auf dieser Grundlage wird eine Methode zur Ermittlung von Dehnungen aus Härtemessungen abgeleitet und auf das Streifenziehen mit Umlenkung an der Aluminiumlegierung EN AW-5754 angewendet. Die aus dem Experiment über die Härte bestimmten Dehnungen werden mit einer FE-Simulation verglichen. Im Bereich kleiner Dehnungen wird eine gute Übereinstimmung der aus dem Experiment ermittelten und aus dem FE-Modell berechneten Dehnungen festgestellt. Bei hohen Dehnungen führt der flache Anstieg der Härte mit der Dehnung zu einer Abweichung bei Bestimmung der Dehnung aus der Härte. Das Schädigungsmodell nach Gurson wird um den Abstand der Porenbildung vor der Rißspitze erweitert. An der Aluminiumlegierung EN AW-7475 werden Zugversuche und statische Rißausbreitungsversuche durchgeführt. Die Untersuchung des Rißfortschritts erfolgt an CT-Proben, die in Modus I belastet werden. Der Riß hängt an Einschlüssen fest und wächst dort durch das Ausrunden der Rißspitze, während sich vor der Rißspitze an den Einschlüssen Poren bilden, von denen eine für den Rißfortschritt relevant ist. Bei Erreichen einer kritischen Porengröße verbindet sich der Riß mit der Pore durch Bruch des Restquerschnitts. Dabei entstehen kleinere (sekundäre) Poren. Die Abstandverteilung nächstbenachbarter Einschlüsse ist somit ein Maß für den Ort der Porenbildung vor der Rißspitze. Aus Schliffen wird der Abstand der Einschlüsse bestimmt und über einen abgeänderten Porenentstehungsterm in das Modell von Gurson implementiert. Der Vergleich der experimentellen Ergebnisse mit denen aus der FE-Rechnung zeigt eine gute Übereinstimmung. Zwar liefert das Modell von Gurson in der Fassung von Chu und Needleman eine ähnlich gute Übereinstimmung, die in dieser Arbeit vorgeschlagene Ergänzung reduziert jedoch die Anzahl der freien Parameter um zwei. Damit wird zu einer besseren Beschreibung lokaler Deformationen in Umformprozessen, wie der Blechumformung, beigetragen.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
This work deals with the numeric description of large deformations, focusing on damage development and deformation as occurring in technological processes. The objectives are both the numerical calculation of local strain and damage basing on material-scientific effects and the development of a convenient method to determine local deformations. A critical literature review discusses the relevance of constitutive equations with regard to the description of hardening and damage. This review allows the choice of those equations, which describe well experimental results. The suitability of hardness measurements to check FE-calculations and estimate the deformability of the aluminium alloy EN AW-5083 is examined in detail. The hardness is determined as a function of uniaxial strain. No influence of the sequence of tension and compression on the hardness in cyclic loadings can be observed. However, the hardness values depend strongly on the load history because of residual stresses. This dependence can be diminished by a suitable heat treatment after deformation, so that a uniform dependence between hardness and strain is obtained. Basing on this knowledge, a method to calculate strain from hardness measurements is established and applied to strip drawing with bending of the aluminium alloy EN AW-5754. A comparison between the strains calculated from hardness values and the results of the FE-simulation shows a good agreement at small deformations, i. e. in the middle of the sheet. In the case of large deformations a discrepancy is obtained due to a flat slope of the hardness-strain relationship. The damage model after Gurson is extended with respect to the distance of pore formation in front of the crack tip. Tension tests and crack propagation tests are performed using the aluminium alloy EN AW-7475. Crack propagation is studied in CT-specimens, loaded in mode I. The crack stops at inclusions and grows locally by blunting of the crack tip. In front of it, pores form at inclusions. As soon as one of them reaches a critical size, the crack connects to it via smaller, secondary pores and the crack propagation takes place. The distance distribution of next-neighboured inclusions is therefore an adequate measure of the location of the next pore in front of the crack tip. The distance distribution of inclusions is measured in section cuts and is implemented into the Gurson model by using an amended pore nucleation term. The model suggested in this work shows a good agreement with the experiment like that of Gurson in the extension of Chu and Needleman. However, two free parameters are replaced by experimental data. Therefore, it is considered to contribute significantly to a better prediction of local deformation in forming processes as, for example, sheet forming.English
Uncontrolled Keywords: micro hardness, finite-element-method, crack propagation, deep drawing, aluminium
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
micro hardness, finite-element-method, crack propagation, deep drawing, aluminiumEnglish
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 600 Technik
Divisions: Fachbereich Material- und Geowissenschaften
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:21
Last Modified: 07 Dec 2012 11:47
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000187
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-1872
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Exner, Prof. Dr. H. E. and Tsakmakis, Prof. Dr. C.
Advisors: Exner, Prof. Dr. H. E.
Refereed: 27 November 2001
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/187
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