Constitutive modeling of anisotropic deformation and failure properties under monotonic loading

Shen, Fuhui; Münstermann, Sebastian (Thesis advisor); Tekkaya, A. Erman (Thesis advisor); Lian, Junhe (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2022)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2022

Kurzfassung

Die genaue Beschreibung des Verformungs- und Versagensverhaltens von metallischen Werkstoffen ist von großer Bedeutung für die Sicherheit und Integrität von Bauteilen sowie für die Fertigungs- und Umformtechnik. In dieser Dissertation wird eine Methode zur quantitativen Charakterisierung der Anisotropieeinflüsse auf die Plastizität, die Lokalisierung und die duktilen Schädigungs- und Brucheigenschaften von zwei verschiedenen Stahlsorten anhand phänomenologischer Modelle entwickelt. Es wird ein neues konstitutives Modell entwickelt, um die gekoppelte Interaktion zwischen thermischen und anisotropen Effekten auf das plastische Fließverhalten von hochfesten, niedrig legierten Stählen zu beschreiben, die aufgrund von dynamischen Reckalterungseffekten eine nicht-monotone Temperaturabhängigkeit der Festigkeit aufweisen. Der Einfluss von Fließregel und Verfestigungsgesetz auf die Vorhersage der plastischen Lokalisierung in einem anisotropen ferritischen nichtrostenden Stahl wurde quantitativ bewertet. Ein phänomenologisches, anisotropes Schädigungsmodell, das eine nicht-assoziierte Fließregel und ein anisotropes Verfestigungsgesetz integriert, wurde entwickelt, um die individuellen Auswirkungen des Spannungszustands und der Belastungsrichtung auf die duktilen Schädigungs- und Brucheigenschaften eines hochfesten niedriglegierten Stahls vorherzusagen. Die in dieser Studie erzielten experimentellen und numerischen Ergebnisse haben gezeigt, dass die sich entwickelnden Merkmale der Anisotropie von erheblicher Bedeutung für die genaue Beschreibung des Verformungs- und Versagensverhaltens der untersuchten Materialien sind. Darüber hinaus ist die Anwendung der nicht-assoziierten Fließregel und des anisotropen Verfestigungsgesetzes auch ein effizienter Ansatz zur Verbesserung der Genauigkeit numerischer Simulationen. Mit den unkomplizierten Parameterkalibrierungsverfahren und der hohen Vorhersageeffizienz können die vorgeschlagenen Modelle und Methoden zur Beschreibung der Verformung und der duktilen Versagenseigenschaften anderer metallischer Werkstoffe verwendet werden, wie z. B. einiger modernerer hochfester Stähle und Aluminiumlegierungen, wobei die Auswirkungen des Spannungszustands, der Belastungsorientierung und der Temperatur berücksichtigt werden.

Einrichtungen

• Fachgruppe für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik [520000]
• Lehr- und Forschungsgebiet für Werkstoff- und Bauteilintegrität [522520]