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Untersuchungen zur Schädigungsmodellierung für die integrale Prozesskette von Umform- und Crashsimulation
Dipl.-Ing. Frieder Neukamm Universität Stuttgart Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Klaus Drechsler Zusammenfassung der Diplomarbeit Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der numerischen Modellierung von Materialschädigung durch plastische Verformung am Beispiel hochfester Stahlbleche für den Karosseriebau. Ein zunehmend wichtiges Thema für Automobilhersteller weltweit ist die Notwendigkeit, den CO2-Ausstoß, und damit den Treibstoffverbrauch der Fahrzeuge zu reduzieren. Eine der effektivsten Maßnahmen hierfür ist eine Reduzierung des Fahrzeuggewichts, besonders eine Gewichtsreduktion der Karosserie. Im Spannungsfeld zunehmender Anforderungen durch immer härter werdende Crashtests, müssen großserientaugliche Lösungen gefunden werden, um steigende Anforderungen durch die passive Sicherheit bei gleichzeitiger Reduktion des Rohbaugewichts zu erfüllen. Ein wichtiger Trend ist hierbei die zunehmende Ersetzung von konventionellen Tiefziehstählen durch neuartige hochfeste Stähle. Diese Stähle zeigen im Vergleich zu konventionellen Güten häufig eine verminderte Dehnbarkeit, was im Falle eines Crashs zur Ausbildung von Rissen bis hin zum völligen Versagen von Baugruppen führen kann. Um das Potential dieser modernen Werkstoffe ausnutzen zu können, ist es daher von größter Wichtigkeit eine präzise Vorhersage des Versagens in der Crashsimulation sicherzustellen. Die Erfahrung zeigt hier, dass es zunehmend komplexer kontinuumsmechanischer Schädigungsformulierungen bedarf, um das Verhalten von hochfesten Stahlblechen unter dynamischen Belastungen zu beschreiben. Ein wesentlicher Aspekt zur treffenden Vorhersage der Versagensgrenzen ist dabei die Berücksichtigung des Anfangszustands der Bauteile. So wird der größte Teil der verbauten Bleche zuvor im Tiefziehverfahren umgeformt, und erhält somit bereits plastische Verformungen. Der Ansatz der Arbeit ist die Entwicklung von kontinuumsmechanischen Schädigungsmodellen, die für die bis jetzt völlig getrennten Disziplinen Umformsimulation und Crashsimulation gleichermaßen eingesetzt werden können. So wird mit Hilfe der Umformsimulation die lokale Vorschädigung der Bauteile ermittelt, und mit Mappingverfahren in die Crashsimulation übertragen. Diese Vorgehensweise stellt einen neuen Ansatz für die Berücksichtigung der Prozesskette dar, da bis jetzt höchstens die zuvor bei der Umformsimulation berechneten lokalen Größen der plastischen Dehnung und der Dickenreduktion eines Blechteils in die Crashsimulation übernommen wurden. Durch die Komplexität des Versagensverhaltens hochfester Stahlbleche reichen diese Informationen jedoch nicht aus, weswegen als innovativer Ansatz die Verwendung eines Schädigungsmodells auch in der Umformsimulation gewählt wurde. Beispielrechnungen an Bauteilen zeigen bereits vielversprechende Ergebnisse. Durch die Implementierung der Schädigungsmodelle in die FE-Software LS-DYNA wird eine Verwendung der Methode in der industriellen Praxis ermöglicht. So kann in Zukunft die Verbindung der beiden Disziplinen Umform- und Crashsimulation zur weiteren Erhöhung der Sicherheit bei reduziertem Gewicht beitragen. < zurück |
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