Das wissenschaftliche Serviceprojekt S01 nimmt eine übergreifende Schnittstellenfunktion für die Teilprojekte der Forschungsbereiche A, B und C ein. In den Teilprojekten des Forschungsbereichs A wird der Einfluss der Schädigung auf umformtechnische Fertigungsprozesse wie Walzen, Fließpressen, Tiefziehen und Biegen experimentell und durch Prozesssimulationen untersucht. Dabei wird die Prozesssimulation mittels der Finite-Elemente-Methode (FEM) in diesen Teilprojekten als Werkzeug zur Analyse der sich einstellenden lokalen Lastpfade und Spannungszustände genutzt. Prozesssimulationen unter Berücksichtigung adäquater Schädigungsmodelle ermöglichen die Analyse der Initiierung und des Fortschreitens der Schädigung im Rahmen der umformenden Fertigungsprozesse und erlauben darauf basierend Verbesserungen der Prozessstrategien.

Das übergeordnete Ziel von S01 ist es dabei, einen Erkenntnisgewinn in den A-Projekten durch die Bereitstellung von Softwarewerkzeugen für die Prozesssimulation und Parameteridentifikation zu ermöglichen und darüber hinaus den Erkenntnisgewinn aus den im Forschungsbereich C neu entwickelten Materialmodellen sichtbar zu machen.

Die Teilprojekte des Forschungsbereichs A benötigen bereits zu Beginn der ersten Förderperiode erste gemeinsame und damit vergleichbare Implementierungen von Simulationsmodellen zur Beschreibung des gesamten umformtechnischen Prozesses sowie der dabei entstehenden Schädigung. Aufgrund dieses Bedarfes werden im beantragten Serviceprojekt zu Beginn der ersten Förderperiode – entsprechend dem Stand der Technik – phänomenologische Makro-Schädigungsmodelle, die bereits von Mitgliedern des TRR 188 eingesetzt wurden, für die Nutzung in kommerziellen Programmen aufbereitet. Hierbei liegt der Fokus zunächst auf etablierten Schädigungsmodellen wie von Lemaitre und Gurson-Tvergaard-Needleman sowie klassischen ungekoppelten Schädigungskriterien, z.B. Cockcroft-Latham. Durch diese von TP S01 implementierten und zur Verfügung gestellten Materialmodelle in Kombination mit den in den Teilprojekten des Forschungsbereichs A vorhandenen Finite-Element-Modellen der Prozesse werden bereits frühzeitig Hinweise für Weiterentwicklungen und eventuelle Schwierigkeiten für die technologischen Teilprojekte aufgedeckt. Diese in einem frühen Projektstadium durchgeführten Simulationen dienen als Referenz für spätere Vergleiche mit den neu entwickelten, verbesserten Schädigungsmodellen und Methoden der Teilprojekte des Forschungsbereichs C.

Die von den Teilprojekten des Forschungsbereichs C entwickelten Materialmodelle sollen die Schädigung mathematisch umfassend beschreiben. Die Entwicklung neuer, verbesserter Materialmodelle ist insbesondere Forschungsschwerpunkt der Teilprojekte C01, C02, C03 und C04. Wissenschaftliche Erkenntnisse und neue Methoden, die in diesen grundlagenorientierten Projekten erarbeitet werden, werden die volle Förderperiode in Anspruch nehmen. Das Serviceprojekt hat dabei das Ziel, die von den Teilprojekten des Forschungsbereichs C implementierten Modelle kontinuierlich in robuster und effizienter Weise in die Usermaterial-Routinen kommerzieller FEM-Programme wie Abaqus und Forge einzubinden und den Teilprojekten des Forschungsbereichs A für die Lösung von Randwertproblemen zur Verfügung zu stellen.

Eine weitere Aufgabe des Serviceprojekts ist es, ein Softwarepaket für die optimierungsbasierte Parameteridentifikation komplexer Materialmodelle als Werkzeug zur Verfügung zu stellen, sodass die angeschlossenen technologischen Teilprojekte des Forschungsbereichs A – zwar unterstützt vom Serviceprojekt, aber letztendlich eigenständig – die Parameter ihrer jeweilig genutzten Materialmodelle identifizieren und auch validieren können.

Die Fortführung dieser Arbeiten beinhaltet in der zweiten Förderperiode die gezielte Aufbereitung von nicht-lokalen Schädigungsmodellen und von anisotropen, auf der Mikroskala formulierten Modellen für die Nutzung in den A-Projekten. Einen weiteren Aspekt wird die Aufbereitung von thermomechanischen gekoppelten Schädigungsmodellen beinhalten. In der dritten Förderperiode werden in Kooperation mit Teilprojekt C05 verstärkt Optimierungsmethoden, die zur Herstellung von schädigungskontrollierten umformtechnischen Bauteile beitragen, in die bisherigen Entwicklungen integriert.

Projektleitung
Dr.-Ing. Till Clausmeyer
Institut für Umformtechnik und Leichtbau (IUL), TU Dortmund

Dr.-Ing. Richard Ostwald
Institut für Mechanik (IM), TU Dortmund

Projektbearbeitung
Alexander Schowtjak, M.Sc.
Institut für Umformtechnik und Leichtbau (IUL), TU Dortmund