Relevante Charakterisierung des Verformungs- und Versagensverhaltens eines Werkstoffs sind die notwendigen Voraussetzungen für zuverlässige Auslegung und numerische Simulation. Im IWM stehen spezielle Versuche wie z.B. unter Zug-, Druck- und Scherbelastung zur Untersuchung des Einflusses der Mehrachsigkeit und des Belastungstyps auf das Versagensverhalten zur Verfügung. Zur Charakterisierung lokaler Eigenschaften in einer Komponente oder in einer Schweißverbindung können Minizugproben eingesetzt werden. Dadurch können die Einflüsse der Fertigungsprozesse wie Tiefziehen, Gießen und Schweißen auf lokale Eigenschaften quantifiziert werden. Tragfähigkeiten von Fügeverbindungen werden durch Kopfzug-, Scherzug- und Schälzugversuche ermittelt. Bauteilversuche können bis 8 MN unter realer Belastung zur Validierung von Simulationen durchgeführt werden.

Charakterisierung und Modellierung von Thermoplasten. (PDF)

Versagensmodellierung für die Simulationvom Umformen bis zum Crash. (PDF)

Die Ableitung und Verwendung eines Werkstoffmodells einschließlich Versagen ist ein entscheidender Schritt für die Bauteil- und Prozesssimulation. Im Fraunhofer IWM sind Werkstoffmodelle entwickelt worden, die das Verformungs- und Versagensverhalten von neuen Werkstoffen genau beschreiben und in kommerziellen Crash-Codes als User-Materialroutine integriert sind. Zum Beispiel stehen zur Modellierung des duktilen Versagens mikromechanische Schädigungsmodelle wie das erweiterte Gologanu- und Gurson-Modell und phänomenologische Modelle mit Berücksichtigung von Waben- und Scherbruch zur Verfügung. Zur Beschreibung des Verhaltens von Schäumen und Klebstoffen wurden druckabhängige Werkstoffmodelle mit Berücksichtigung der Dehnraten- und Temperaturabhängigkeit entwickelt und verwendet. Die Modellparameter wurden durch Simulation von verschiedenen Versuchen ermittelt.

Versagensmodellierung für die Simulation vom Umformen bis zum Crash. (PDF)

Die Voraussetzungen für eine zuverlässige und realisierbare Beschreibung des Versagens von Punktschweiß- und Laserstrahlverbindungen in Crashsimulationen sind die Bereitstellung von speziellen Elementen, sogenannten Ersatzmodellen und die Ermittlung von Eingangsdaten für diese Ersatzmodelle. Für Punktschweißverbindungen wurden am Fraunhofer IWM ein einfaches, effizientes Ersatzmodell und ein Verfahren zur Bestimmung der Versagensparameter entwickelt. Zur Modellierung von Klebverbindungen wurde ein druckabhängiges, viskoplastisches Materialmodell mit Versagensmodellierung nach Johnson-Cook implementiert, dessen Parameter durch Substanz- und Verbindungsproben bestimmt und für die Ersatzmodellierung kalibriert wurden. Verifiziert wurden die Modelle durch Simulation von Versuchen an punktgeschweißten und geklebten bauteilähnlichen Proben. Parallel zu Ersatzmodellierung des Versagens von Schweißpunkten wurde ein Detailmodell auf Basis eines Schädigungsmodells entwickelt.

Zur Bewertung der Crashsicherheit von verschiedenen Komponenten und zur Vallidierung von eingesetzten Werkstoffmodellen werden Crashsimulationen durchgeführt und mit Komponentenversuchen verglichen. Die kommerziellen Crash-Codes PAM-CRASH, LS-DYNA und ABAQUS werden häufig in Verbindung mit User-Materialmodellen verwendet. Zur Berücksichtigung der Einflüsse von Fertigungsprozessen auf das Crashverhalten können z.B. Vordehnungen und Vorschädigung aus Tiefziehsimulationen oder Porosität aus Gießsimulationen auf Crashmodelle übertragen werden. Bei Langfaser verstärkten Thermoplasten wurde festgestellt, dass durch Berücksichtigung der räumlichen Faserorientierungsverteilung eine viel genauere Vorhersage des Bauteilverhaltens möglich ist.

Crashsicherheit von Elektrofahrzeug-Komponenten. (PDF)