Stress state dependent damage modeling with a focus on the lode angle influence

  • Schädigungsmodellierung mit besonderer Berücksichtigung von Lode-Winkelabhängigkeit

Basaran, Merdan; Weichert, Dieter (Thesis advisor)

Aachen : Shaker (2011)
Doktorarbeit

In: Berichte aus dem Maschinenbau
Seite(n)/Artikel-Nr.: XX, 122 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2011

Kurzfassung

Versagensprognose von metallischen Werkstoffe ist von großem Interesse in der Automobilindustrie, da sie einen wesentlichen Beitrag zur Verbesserung der Crashsicherheit von Karosseriebauteilen liefert. In der vorliegenden Arbeit wird der Einfluss des Spannungszustandes, insbesondere des Lode-Winkel-Parameters (oder der dritten deviatorischen Spannungsinvariante), auf die Schädigungsmodellierung diskutiert und mit Hilfe experimenteller und numerischer Untersuchungen validiert. Die Implementierung dieser Modellierung führt zu einer Erweiterung des Schädigungsmodells GISSMO (Generalized Incremental Stress State dependant damage MOdel) von Neukamm et al. [1-4] für 3D-Anwendungen um die Berücksichtigung des Lode-Winkel-Parameters. Der Spannungszustand wird somit durch zwei Spannungszustand-Parameter eindeutig definiert: Die Triaxialität und der Lode-Winkel-Parameter. In Folge davon ergibt sich die Duktilität (oder Bruchdehnung) als Funktion von Triaxialität und Lode-Winkel-Parameter. Der Triaxialität- und Lode-Winkel-Parameter-Raum wird mit einer Reihe von Versuchen für das Dualphasenstahl DP600 abgetastet. Versuche mit gekerbten Rundzugproben, glatten Flachzugproben und Nakazima-Proben werden durchgeführt, um das jeweilige Materialverhalten für die Lode-Winkel-Parameter-Werte 1, 0 und -1 zu untersuchen. Zusätzlich werden für dazwischenliegende Spannungszustände Versuche mit Butterfly-Proben und Flachzugproben durchgeführt. Die Bruchdehnung eines jeden Versuchs wird durch eine Kombination experimenteller und numerischer Ergebnisse bestimmt. Parallel werden entsprechende Spannungszustandsparameter mit Hilfe von Gewichtungsfunktionen numerisch bestimmt. Diese in der Arbeit vorgeschlagenen Gewichtungsfunktionen hängen von der nichtlinearen Schädigungsakkumulationsformulierung im GISSMO-Schädigungsmodell. Die vom Spannungszustand abhängige Bruchdehnungsformulierung wird in den kommerziellen FE-Code LS-DYNA implementiert. Eine auf einem Spannungszustand basierende analytische Beschreibung der Bruchdehnungsfläche mit neun Parametern wird vorgeschlagen. Außerdem wird eine mathematische Funktion der Bruchdehnung basierend auf der biharmonischen Spline-Methode vorgestellt. Die Untersuchungen zeigen den Einfluss des Lode-Winkel-Parameters auf die Duktilität des untersuchten Materials DP600. Mit dem vorgestellten Ansatz zur Materialparameteranpassung wird eine gute Übereinstimmung zwischen experimentellen und numerischen Kraft-Weg-Kurven erreicht.

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