Finite Elemente Simulation dünnster Verpackungsstähle: Entwicklung einer geeigneten Charakterisierungs- und Validierungsstrategie

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Knieps_Diss_MB_430.pdf (27.69 MB)
Diss. Reihe Maschinenbau, Band 430

Language
de
Document Type
Doctoral Thesis
Granting Institution
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Technische Fakultät
Issue Date
2023
Authors
Knieps, Fabian
Editor
Franke, Jörg
Hanenkamp, Nico
Hausotte, Tino
Merklein, Marion
Müller, Sebastian
Schmidt, Michael
Wartzack, Sandro
Publisher
FAU University Press
ISBN
978-3-96147-690-9
Abstract

Zur Reduzierung von CO2 Emissionen werden immer höher festere Verpackungsstähle entwickelt, die den Einsatz dünner Blechdicken ermöglichen. Um den hierdurch wachsenden Herausforderungen an die Produkt- und Prozessauslegung gerecht zu werden, bieten numerische Simulationen großes Potential. Die Abbildung des Materialverhaltens in der Simulation bedarf der Beschreibung einer Fließkurve sowie des anisotropen plastischen Materialverhaltens in Form von Fließortmodellen. Aufgrund der Charakteristik von höher festen Verpackungsstählen mit hohen Nachwalzgraden und starken Alterungserscheinungen, war die Ermittlung der relevanten Kennwerte bisher nicht möglich. Die Arbeit beschäftigt sich daher mit der Erarbeitung einer Strategie zur Charakterisierung von Verpackungsstählen für die FE-Simulation. Die Verfestigungsbeschreibung erfolgte über die Optimierung des Zugversuchs, sowie die Verwendung hydraulischer Tiefungsversuche. Die Beschreibung des anisotropen plastischen Materialverhaltens fokussierte sich neben der Beschreibung des ersten Fließortquadranten vor allem auf die r-Wert- Ermittlung durch inverse Modellierung. Die vorgestellten Methoden wurden genutzt, um Materialmodelle für drei verschiedene Verpackungsstähle zu parametrisieren. Auf Grundlage der für Verpackungsstahl relevanten Umformprozesse wurde eine geeignete Validierungsprozedur abgeleitet, in der die verbesserte Güte der Simulation auf Basis der erstellten Materialdaten im Vergleich zum Stand der Technik gezeigt werden konnte.

Abstract

To reduce CO2 emissions, increasingly higher-strength packaging steels are being developed which allow the use of thinner sheet thicknesses. At the same time, this is accompanied by increasing complexity in the product and process design. To reduce cost-intensive trial-and-error processes, numerical simulations offer potential at this point. The representation of the material behaviour in the simulation requires the description of a flow curve as well as the anisotropic plastic material behaviour in the form of yield locus models. Due to the characteristics of higher strength packaging steels with high temper rolling degrees and strong ageing phenomena, the determination of the relevant characteristic values has not been possible so far. Therefore, this work deals with the development of a strategy to characterize packaging steels for the fe-simulation. The hardening description was done by optimizing the tensile test, as well as the use of hydraulic bulge tests. The description of the anisotropic plastic material behaviour focused mainly on the r-value determination by inverse modelling, in addition to the description of the first yield locus quadrant by bulge tests. The presented methods were used to parametrize material models for three different packaging steels. Based on relevant forming processes a suitable validation procedure was derived, in which the quality of the simulation could be shown in comparison to the state of the art.

Series
FAU Studien aus dem Maschinenbau
Series Nr.
430
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Parallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press, ISBN: 978-3-96147-689-3

DOI
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