Forschungsprojekt

Blechumformsimulation

Verbesserte Simulation von Blechumformungen durch erweiterte Schalenformulierungen.

Überblick

  • Gewöhnliche und dreidimensionale Schalenmodelle
  • Kinematische Erweiterung klassischer Schalenelemente
  • Numerische Effizienz: Künstliche Versteifungseffekte (Locking) und kritische Zeitschrittweite

Projektbeschreibung

Gewöhnliche und dreidimensionale Schalenmodelle

Finite-Elemente-Simulationen sind in der industriellen Praxis ein etabliertes Werkzeug für die Bewertung von Blechumformprozessen. Bei der Simulation bestimmter Blechumformprozesse stoßen Schalenelemente nach aktuellem Stand der Technik an ihre Grenzen. Beispiele für solche kritischen Umformprozesse die Umformung dicker Bleche beziehungsweise Umformung bei kleinen Radien. Die getroffenen Annahmen gewöhnlicher Schalenformulierungen wie zum Beispiel die Vernachlässigung der Normalspannungen in Blechdickenrichtung sowie das Ebenbleiben der Querschnitte sind bei den genannten Umformprozessen nicht erfüllt. Die in der jüngeren Vergangenheit implementierten 3D-Schalenelemente und Solid-Shell-Elemente erlauben zwar die Verwendung vollständig dreidimensionaler Stoffgesetze, verbessern aber die Situation bei der geometrischen Modellbildung kaum.

Kinematische Erweiterung klassischer Schalenelemente

Ein Schwerpunkt in diesem Forschungsvorhaben besteht in der Weiterentwicklung von Schalenformulierungen speziell für die Anforderungen von Blechumform-Simulationen. Durch geeignete Erweiterungen der Schalen-Kinematik sollen diese Elemente in die Lage versetzt werden, kritische Umformprozesse genauer abbilden können.

Ringzugversuch (c)
Simulation eines virtuellen Ringzugversuchs zur Untersuchung künstlicher Versteifungseffekte

Numerische Effizienz: Künstliche Versteifungseffekte (Locking) und kritische Zeitschrittweite

Neben der kinematischen Erweiterung steht die numerische Effizienz der zu entwickelnden Elemente im Fokus, damit diese für Umformsimulationen in der industriellen Praxis geeignet sind. Dies betrifft zum einen die Beseitigung bestehender sowie die Vermeidung neuer künstlicher Versteifungseffekte. Zum anderen ist durch die Erweiterung der Schalenkinematik typischerweise eine Reduktion der kritischen Zeitschrittweite zu erwarten. Durch eine geeignete Massenskalierung kann dieser Reduktion entgegengewirkt werden.

Projektdaten

Projekttitel:
Verbesserte Blechumformsimulation durch 3D-Werkstoffmodelle und erweiterte Schalenformulierungen
Förderung:

AiF-Nr.: 19707N; EFB-Nr.: 09/117
Projektpartner:
Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik (IWM), Freiburg

Bearbeitung:

Dieses Bild zeigt Willmann
M.Sc.

Tobias Willmann

Akademischer Mitarbeiter

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