Datum
2022Autor
Nahrmann, MarvinSchlagwort
620 Ingenieurwissenschaften Finite-Elemente-MethodeStoffgesetzSimulationSchadensmechanikHochfester StahlMetadata
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Buch
Deformation and failure models of high strength steels for finite element simulations
Zusammenfassung
The aim of this thesis is the development of improved computational material models for the finite element simulation of components and structures made of high strength steels. The first step of this work is the modelling of temperature and strain rate dependent large deformations. The model accounts for isotropic plasticity and introduces a novel nonlinear isotropic hardening approach. The temperature dependency is considered for the yield criterion, hardening and strain rate sensitivity by applying temperature dependent functions. The constitutive equations are implemented as hypo-elastic user defined material model into LS-DYNA® for solid elements. Two methods are discussed for modelling the dissipation of mechanical work into heat. Besides the Taylor-Quinney approximation, a thermo-mechanically consistent approach is presented secondly, based on enhanced rheological elements. In order to evaluate the prediction accuracy of the proposed thermo-viscoplasticity model, its parameters are identified for various steel and aluminium types. Thereby, a wide temperature range and various strain rates are taken into account. Finally, the thermo-viscoplasticity model is validated by a simultaneous hot/cold forging process of a shaft. The second focus of this work is the damage and failure modelling of high strength steels.
Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung verbesserter numerischer Materialmodelle für die Finite-Elemente Simulation von Bauteilen und Strukturen aus hochfesten Stählen. Der erste Schritt dieser Arbeit ist die Modellierung von temperatur- und dehnratenabhängigen großen Verformungen. Das vorgeschlagene Modell berücksichtigt die isotrope Plastizität und führt einen neuen isotropen Verfestigungsansatz ein. Die Temperaturabhängigkeit wird für das Fließkriterium, die Verfestigung und die Dehnratenabhängigkeit durch temperaturabhängige Funktionen berücksichtigt. Die konstitutiven Gleichungen werden als hypoelastisches benutzerdefiniertes Materialmodell in LS-DYNA® für Volumenelemente implementiert. Für die Modellierung der Dissipation von mechanischer Arbeit in Wärme werden zwei Methoden diskutiert. Neben der Taylor-Quinney-Approximation wird ein thermomechanisch konsistenter Ansatz vorgestellt, der auf erweiterten rheologischen Elementen basiert. Um die Vorhersagegenauigkeit des vorgeschlagenen Thermoviskoplastizitätsmodells zu bewerten, werden dessen Parameter für verschiedene Stahl- und Aluminiumsorten ermittelt. Dabei werden ein breiter Temperaturbereich und verschiedene Dehnungsgeschwindigkeiten berücksichtigt. Schließlich wird das Thermoviskoplastizitätsmodell anhand eines simultanen Kalt-/Warmschmiedeprozesses einer Welle validiert. Der zweite Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Schädigungs- und Versagensmodellierung von hochfesten Stählen.
Zusätzliche Informationen
Zugleich: Dissertation, Universität Kassel, 2021Druckausgabe
Link zu kassel university pressZitieren
@book{doi:10.17170/kobra-202205056132,
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