2018

Ermittlung und Optimierung von temperaturabhängigen Versagenskurven für hochfeste Aluminiumlegierungen im Hotforming-Prozess

von Wolfgang, Rimkus

J. Schlosser, S. Mouchtar, R. Schneider, W. Rimkus (Hochschule Aalen), D. Harrison, M. Macdonald (Glasgow University)

Deutsches LS-DYNA Forum 2018, Bamberg, 15.-17.10.2018

Aufgrund verschärfter CO2-Emissionsgesetze stehen die Automobilhersteller vor neuen Herausforderungen. Um umweltfreundlichere Autos zu bauen, müssen die Hersteller sich zunehmend verschiedene Leichtbaustrategien zunutze machen, um die steigende Nachfrage nach Ressourceneffizienz gerecht zu werden. Leichtbauwerkstoffe, die schon lange in der Luftfahrtindustrie eingesetzt werden und sich in der Automobilindustrie allmählich etablieren, sind ultrahochfeste Aluminiumlegierungen wie zum Beispiel AA7075. Diese eignen sich sehr gut für Strukturbauteile aufgrund ihrer hohen Festigkeiten und lassen sich mithilfe des Hotforming-Prozesses Umformen.

Die Leichtbaukonstruktionsphilosophie erfordert genaue Kenntnisse über Belastungen, Randbedingungen und das Werkstoff / Versagensverhalten des entsprechenden Materials. Schädigungs- und Versagensmodelle müssen die gesamte Materialhistorie, von der Herstellung des Bauteils bis hin zum Crash berücksichtigen, damit mithilfe der Simulation bestmögliche Vorhersagen getroffen werden können. Während für die Umformtechnik Grenzformänderungskurven für die Herstellungsprognose ausreichen, müssen für die anschließenden Crashberechnungen die Ausdünnungen, plastische Dehnungen und Vorschädigungen infolge des Herstellungsprozesses mit berücksichtigt und die Versagenskurve auf mehrere Triaxialitäten / Spannungszustände angepasst werden. Dies wurde mit verschiedenen Probengeometrien unter prozessnahen Bedingungen erreicht. Zur Messung der lokalen Vergleichsdehnung im Bruchfall wurde ein optisches Messsystem verwendet und an einer Zugprüfmaschine mit Ofen installiert. Die temperaturabhängigen Versagenskurven und das Materialmodell, das die extrapolierte Fließkurve enthält, werden in die FE-Simulationsmodelle implementiert. Um die Genauigkeit der Versagenskurven zu verbessern, wurde eine Parameteroptimierung durchgeführt.

Es zeigt sich, dass durch die Verwendung der optimierten Versagenskurven eine hohe Korrelation zwischen experimentellen und simulierten Kraft-Weg-Kurven für jede der gegebenen Probengeometrien erreicht werden kann.