Neue Methodik zur experimentellen Fließortbestimmung mittels modifiziertem Nakajima-Versuch

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Wolfram Volk
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 363839128

Nach aktuellem Stand werden im Nakajima-Versuch nur Dehnungen gemessen [DIN EN ISO 12004-2]. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer Methodik zur experimentellen Spannungsmessung mittels modifiziertem Nakajima-Versuch. Hierzu werden verschiedene Messkonzepte zur Erfassung des Normaldrucks zwischen Polbereich des Stempels und unterschiedlich taillierter Proben mit Hilfe der Simulation und eines Kalibrierprüfstandes erarbeitet. Als Versuchswerkstoff dient der Dualphasenstahl DP600. Auf Basis der Experimente sowie der virtuellen Versuche mit Proben unterschiedlicher Breite wird eine mathematische Methode zur Aufspaltung des gemessenen Normaldrucks in die Membranspannungen erstellt. Diese Vorgehensweise berücksichtigt den kompletten Stempelhub und somit die gesamte Formänderungshistorie des Prüfblechs. Mit Hilfe der entstehenden Erkenntnisse ist es möglich für Feinbleche Fließkurven, beziehungsweise Fließortkurven, bei verschiedenen Spannungszuständen im ersten Quadranten des Spannungsraumes sowie für jeden Dehnungszustand der Formänderungshistorie bis zur lokalen Einschnürung zu bestimmen. Durch den Einsatz von Druckmessfolien und den Bulge-Versuch wird die Methodik validiert. Abschließend werden exemplarisch experimentelle Fließortkurven bestimmt. Die im Forschungsprojekt erforderlichen Nakajima-Versuche werden auf der im Rahmen des DFG Großgeräteantrags beschafften Universal-Blechprüfmaschine vom Typ BUP1000 ermittelt.Die neue Vorgehensweise zur Bestimmung der Fließortkurve bietet die Möglichkeit, das plastische Werkstoffverhalten besser zu verstehen, numerische Werkstoffmodelle mit tatsächlichen Werkstoffkennwerten abzugleichen und darauf basierend neue Fließortkurven zu entwickeln. Die Durchführung aller notwendigen Versuche auf einer Versuchsanlage und einem Versuchsaufbau, welcher bereits eine breite Anwendung zur Bestimmung der Grenzformänderung findet, reduziert den umfangreichen Aufwand zur Erstellung von Fließortkurven auf ein Minimum. Mit den geplanten Erkenntnissen können zukünftig die Entwicklungszyklen in der Industrie verkürzt und der experimentelle Aufwand zur Kennwertermittlung für die Parameteridentifikation zur Fließortbeschreibung reduziert werden. Weiterhin wird die Genauigkeit der Fließkurven erhöht und eine Aussage über das Verhalten des Fließortes bei höheren Dehnungen ermöglicht.Die wesentlichen Ziele des Forschungsprojekts umfassen dabei:1.Aufbau der Messkonzepte und des Kalibierprüfstands2.Ableitung von Kalibrierfunktionen in Abhängigkeit unterschiedlich taillierter Proben3.Entwicklung einer mathematischen Methode zur Aufspaltung des Normaldrucks in Membranspannungen4.Bestimmung von Fließkurven und Fließorten mit Hilfe der Membrangleichung

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Roland Golle