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Methoden zur quantitativen Erfassung der lokalen Verformung und Schädigung bei der Blechumformung

Nimz, Michael :
Methoden zur quantitativen Erfassung der lokalen Verformung und Schädigung bei der Blechumformung.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2003)

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Einleitung, Literaturübersicht, Versuchsdurchführung und Werkstoffcharakterisierung, Verfahren zur Messung lokaler Verformungen - PDF
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Charakterisierung der Schädigung, Schlussfolgerungen, Zusammenfassung, Literaturverzeichnis - PDF
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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Methoden zur quantitativen Erfassung der lokalen Verformung und Schädigung bei der Blechumformung
Language: German
Abstract:

In dieser Arbeit werden verschiedene Messmethoden zur Bestimmung lokaler Verformungen und Verfahren zur Verfolgung der Schädigungsentwicklung in Blechen diskutiert. Mit genauen experimentellen Daten sollen durch numerische Simulation vorhergesagte lokale Verformungen und Schädigungsparameter überprüft werden. Zum Vergleich des Auflösungsvermögens und der Genauigkeit verschiedener bekannter und neu entwickelter Methoden zur Dehnungsbestimmung wurden an Stahlblechen Zug- und Biegeversuche durchgeführt. Bei der ersten von vier Methodengruppe werden die Verzerrungen der Oberflächenstrukturen statistisch ausgewertet. Bei der zweiten Gruppe werden die lokalen Dehnungen mit Hilfe der Verzerrung von Einzelbildern ermittelt, indem Strukturen des gleichen Orts vor und nach der Umformung mit digitaler Bildverarbeitung vermessen werden. Als weitere Methoden wurden mit zunehmender Verformung ansteigenden Werte der 3D-Rauheitsparameter und der Mikrohärte ausgenutzt Einzelbildvergleich und Härtemessung sind in Bezug auf Ortsauflösung, auf experimentelle Fehler und der Messzeit gegenüber den anderen Methoden im Vorteil. Es konnte gezeigt werden, dass die Verwendung von 3D-Senkrechtmessgrößen zur Charakterisierung der Rauheit als Maß für die lokale Verformung ebenfalls geeignet ist, da sie die Veränderung der regelmäßigen Oberflächenstrukturen moderner Bleche sicher und gleichmäßig erfasst. Bei Verformung mit wechselndem Vorzeichen (Zug/Druck) ist erwartungsgemäß nur die Härtemessung geeignet, die Gesamtverformung zu erfassen. Im zweiten Teil der Arbeit wurde anhand von experimentellen Beobachtungen der Schädigungsverlauf von der ersten erfassbaren Änderung der Oberflächentopographie bis zum endgültigen Versagen analysiert. Zur Klärung der Einflüsse der Werkstoffeigenschaften und der Rauheit auf die Ausbildung von Instabilitäten (Einschnürgeometrie) wurden Zugversuche und Tiefziehversuche durchgeführt. In der Einschnürzone sind die Dehnungen und die damit verbundene Rauheitszunahme groß. Die lokal starken Verschiebungen von Körnern gegeneinander bilden Mikrokerben, die zu feinen Oberflächenrissen führen. Unter dem Einfluss dieser Kerben wird unmittelbar unter der Oberfläche ein dreidimensionaler Spannungszustand erreicht, der Porenbildung hervorruft. Im weiteren Verlauf der Belastung reißt die Oberfläche reißverschlussartig auf und die sich öffnenden Poren nehmen Ellipsenform an. Die Simulation der Spannungsverteilungen in einer durch Aufrauung gekerbten Probe zeigt, dass zur Vorhersage des Porenentstehungsortes ein die Triaxialität beschreibender Parameter geeignet ist, der die mittlere Hauptnormalspannung (hydrostatische Spannung) mit der von-Mises-Vergleichsspannung in Beziehung setzt, wobei die in der Literatur verfügbaren Ansätze die gefundenen Verhältnisse unterschiedlich genau wiedergeben. Insgesamt liefert die Arbeit Grundlagen zur messtechnischen Erfassung der lokalen Verformung und Schädigung während der Verformung von Platten und damit die Möglichkeit, die Prozessschritte bei der Blechumformung quantitativ zu erfassen und zu optimieren.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
In this work several techniques for the determination of local deformations and for the investigation of damage evolution are discussed. The aim is to assess the accuracy of numerically simulated values of local deformation and damage by means of precise experimental data. For the determination of local deformation in sheet metals, tension- and bending-experiments were carried out. The local resolution and accuracy was compared for techniques known from literature and developed specially for this purpose during this work. In the first of four groups of techniques the distortion of surface structures was determined by statistical analysis. In the second group local strains were detected by comparison of the same region of the surface before and after deformation with the help of an image analysing computer. Additional techniques made use of the increase of 3D-roughness-parameters and micro-hardness during deformation. The advantages of comparing small surface regions before and after deformation and of micro-hardness-tests are a high local resolution, a small experimental error and a short measuring time. It was shown that 3D-roughness-parameters are able to characterize local deformations as they describe the regular pattern of the topography of modern sheets correctly. In case of cyclic deformation (alternating straining in tension and compression) the cumulative local deformation can only be determined by micro-hardness tests. In the second part of this work the damage evolution from the first signs of surface roughening until crack forming during sheet metal forming was analysed. To examine the influence of purity and roughness on the initiation of instabilities and on the necking geometry, tension experiments and deep-drawing experiments were carried out. In the necking region the strains and, as a consequence, the increase of roughness are very high. The high relative motion between neighbouring grains cause the formation of micro-notches, leading to surface cracks. These cracks, in turn, provoke a three-dimensional stress state due to which void formation takes place directly underneath the surface. Further increasing the load causes the voids to open and to become elliptic. Crack propagation from the surface corresponds to cracking the specimen like opening a zipper. The simulation of the stress distribution in a roughness notched specimen showed that for the prediction of void formation parameters quantifying triaxiality are useful which combine the hydrostatic stress with the von-Mises-Stress. The approaches found in the literature could be shown to agree with the experimental results with different degrees of accuracy. In summary, this work makes significant contributions to the techniques for measuring local deformations and damage during sheet metal forming and provides means for quantifying and optimising the processing steps of sheet forming.English
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 11:49
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000317
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-3170
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Rödel, Prof. Dr. Jürgen
Advisors: Exner, Prof. Dr. Hans-Eckart
Refereed: 7 February 2003
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/317
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