Projekt A14: Zweiskalige thermomechanische Simulation des Presshärtens

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Rudolf Neumann

Motivation und Ziele:
Es gibt zur Zeit keine Modelle, die eine geschlossene konstitutive Modellierung des Presshärtens unter Berücksichtigung des anisotropen Materialverhaltens im austenitischen Zustand und der Phasenumwandlungskinetik beim Härtungsvorgang mit Hilfe thermo-mikromechanischer Modelle (TMM) abbilden. Daher soll ein Verfahren entwickelt werden, das sowohl den Umformprozess des austenitischen Bauteils mit Hilfe eines texturbasierten Modells als auch die thermische Behandlung simulieren kann. Dazu soll für die Homogenisierung ein nichtlineares Modell vom Hashin-Shtrikman Typ und für die Phasenumwandlung das Johnson-Mehl-Avrami- und Koistinen-Marburger-Modell verwendet werden. Durch die Kombination der Homogenisierungs- und Phasenumwandlungsmodelle ist die Vorhersage von Eigenspannungen infolge von Phasenumwandlungen möglich. Durch Berücksichtigung der Phasenumwandlungsenthalpien im TMM wird eine thermomechanisch gekoppelte Homogenisierung realisiert.

Untersuchungen

Ergebnisse

In der ersten Projektphase soll mittels texturbasierter Modelle der Umformprozess des austenitischen Bauteils simuliert werden. In der zweiten Phase wird das Modell für die Phasenumwandlung beim Abkühlprozess in die Simulation des Presshärtens integriert. Dazu sind folgende Schritte nötig:

Formulierung des zweiskaligen kristall-plastischen Modells mit einer Homogenisierungsmethode vom Hashin-Shtrikman Typ
Formulierung des Johnson-Mehl-Avrami- und des Koistinen-Marburger-Modells
Parameteridentifikation für den presshärtbaren Stahl 22MnB5
Simulation des Warmumformens
Durchgängige Simulation des Presshärtens

Bisher wurde die nichtlineare Homogenisierungsmethode vom Hashin-Shtrikman Typ ohne thermische Kopplung formuliert und in das kommerzielle FE-Programm Abaqus implementiert.

Erste Rechnungen und Parameterstudien wurden für eine Mikrostruktur bestehend aus zwei homogenen, isotropen und duktilen Phasen durchgeführt.

Weiterhin wurden erste Ansätze zur Beschreibung der Dekomposition des austenitischen Gefüges in Ferrit, Perlit und Martensit untersucht. Die thermomechanische Kopplung wird zur Zeit am eindimensionalen Problem mit einer linearen Homogenisierungsmethode untersucht.