Umform-Simulationen schnell und vielfältig

Werkstoffdaten für Simulation im virtuellen Labor ermitteln

Bei der Umformung werden Blechwerkstoffe häufig bis an ihre Grenzen belastet. Wie weit man in der Produktion gehen kann, wird mit Computersimulationen getestet. Doch diese Simulationen sind nur so genau wie die Daten, die man ihnen zugrunde legt.

Von den experimentell ermittelten Eingangsdaten über das virtuelle Labor zur Bereitstellung von Materialkarten für die Bauteilsimulation. Grafik: Fraunhofer IWM

Ein Team am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg hat ein virtuelles Versuchslabor entwickelt, mit dem beliebige Belastungszustände für metallische Materialien „auf Knopfdruck“ untersucht und präzise werkstoffmechanische Daten ermittelt werden können.

„In unserem virtuellen Labor sind Zugversuche in Blechdickenrichtung problemlos möglich“, sagt Dr. Alexander Butz, Projektleiter in der Gruppe Umformprozesse am Fraunhofer IWM. „Auch alle anderen Belastungszustände lassen sich schnell und flexibel testen. So erhalten Bauteilhersteller aus der Blechumformung viel detailliertere Materialdaten.“

Dafür erstellen Butz und sein Team zunächst mit Hilfe von wenigen realen Experimenten ein Simulationsmodell der Mikrostruktur des Werkstoffes, mit dem bei Verformung die physikalischen Mechanismen bis in dessen Kristallstruktur beschrieben wird. Damit können alle gewünschten Versuche im Computer generiert und zuverlässige Rückschlüsse auf die makroskopischen mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs gezogen werden.

„Die Methode ist bekannt. Neu ist jedoch, dass wir einen automatisierten Workflow entwickelt haben, der die Versuche zeitsparend virtuell ablaufen lässt“, erklärt Butz. Weil sehr viele virtuelle Versuche in kurzer Zeit durchgeführt werden und das zugrundeliegende Mikrostrukturmodell sehr präzise ist, kann mit den Ergebnissen aus dem virtuellen Labor die so genannte Materialkarte eines Werkstoffs deutlich genauer beschrieben werden als mit klassischen Versuchen.

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