Modellierung und Simulation von gekoppelten thermoplastischen und thermoviskosen Strukturgestaltungs- und Formgebungsprozessen
Forschungsstelle
Institut für Mechanik
Fachgebiet Numerische Methoden der Mechanik (IfM-NMM)
Universität Kassel
Teilprojektleiter
Prof. Dr.-Ing. Anton Matzenmiller
Ansprechpartner
Dipl.-Ing. Christoph Bröcker
Institut für Numerische Mechanik
Mönchebergstrasse 7
34125 Kassel
Tel.: (0561) / 804-2058
e-mail: broecker(at)uni-kassel.de
Wissenschaftliche Zielsetzung
Das Ziel des Teilprojektes ist die Simulation von thermo-mechanisch gekoppelten Warmumformprozessen. Die Theorie der klassischen, inkrementellen Viskoplastizitätstheorie soll als Modellierungsgrundlage für die Berechnung von Umformprozessen mit Hilfe der finiten Elementmethode (FEM) zugrunde gelegt werden. Die gegenwärtig verfügbaren Erweiterungen der thermoplastischen Modelle sind kritisch zu untersuchen und die Konstitutivgleichungen thermo-mechanisch konsistent weiterzuentwickeln. In den Materialgleichungen für die ratenabhängige und –unabhängige Elastoplastizitätstheorie soll die Temperaturabhängigkeit berücksichtigt werden, die für die thermo-mechanisch gekoppelte Simulation des Warmschmiedens von Stahl und für die Auslegung von Bauteilen unter mechanischen und thermischen Lastwechseln eine wichtige Bedeutung erlangt hat. Für das Verständnis und die Beherrschung der thermo-mechanischen Kopplungseffekte gilt es, die materialtheoretischen Grundlagen für die konstitutive Modellierung der thermischen Entfestigung und der verformungsinduzierten Verfestigung von metallischen Konstruktionswerkstoffen weiterzuentwickeln, um last- und temperaturgeführte Umformprozesse prognosefähig zu machen und damit gezielt zu verbessern.
In Bild B5-1 ist die Temperaturverteilung mit Hilfe einer thermo-mechanisch gekoppelten Simulation des Umformprozesses einer Flanschwelle berechnet worden. Die Temperaturführung und die Temperaturverteilung während des Prozesses bestimmen maßgeblich die Umformung und die Materialeigenschaften des Werkstücks.
- Bild B5-1: Temperaturverteilung zu Beginn und Ende des Umformprozesses
