Beitrag zu einer effizienten FE-basierten Auslegung von Magnesiumblechbauteilen

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Marion Merklein
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 227979140

Leichtbau ist für die Automobilhersteller eine bekannte Maßnahme zur Reduzierung des Gesamtgewichts der Fahrzeuge und zur Senkung des Kraftstoffverbrauches sowie der Treibhausgasemissionen. Zu Erfüllung dieser Anforderungen kommen serienmäßig Aluminiumlegierungen sowie hoch- und höchstfeste Stähle in modernen Fahrzeugkarosserien zum Einsatz. Magnesium konnte sich jedoch bislang, trotz seiner geringen Dichte, nicht durchsetzen. Ein Grund dafür ist die fehlende umformtechnische Erfahrung, welche auf die mangelnde Modellierbarkeit des Werkstoffverhaltens durch die Finite-Elemente-Methode zurückzuführen ist. Diesbezüglich macht sich sowohl die begrenzte Verfügbarkeit an geeigneten Materialmodellen, als auch deren Implementierung in kommerziellen FE-Programmen bemerkbar. Um diesem Defizit entgegenzuwirken, setzt sich dieses Forschungsvorhaben mit der Implementierung und darauf folgend mit der Weiterentwicklung eines geeigneten Materialmodels für Magnesiumblechwerkstoffe auseinander. Das nach Li et al. (2010) entwickelte konstitutive Materialmodell für Magnesiumblechwerkstoffe, genannt TWINLAW, wird in das kommerzielle FE-Programm ABAQUS/Standard mittels der UMAT Subroutine implementiert. Für eine verbesserte Beschreibung der Anisotropie wird das Modell in seiner Ursprungsform durch das Ersetzen der zugrundeliegenden isotropen Fließfläche mit einer anisotropen Fließfläche erweitert. Zusätzlich zu der aufwendigen Implementierung des nur allgemein beschriebenen bestehenden Modells stellt dessen Weiterentwicklung eine anspruchsvolle Aufgabe dar. Es soll nicht nur die komplexe Formulierung eines fortgeschrittenen Fließkriteriums numerisch behandelt werden, sondern auch das gesamte Modell überarbeitet werden. Es ist unter anderem zu erwarten, dass auf Grund der Komplexität der neuen Fließfläche das Integrationsverfahren mit neuen Algorithmen ersetzt werden muss. Anders als bei Li et al. (2010) wird dieses neu entstandene Materialmodell isotherm bei erhöhten Temperaturen getestet. Diese Validierung für einen für umformtechnische Anwendungen relevanten Temperaturbereich wird durch die am LFT entwickelten Prüfmethoden sowie deren Weiterentwicklungen erfolgen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen