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Eintrag in der Universitätsbibliographie der TU Chemnitz


Shutov, Alexey
Ihlemann, Jörn (Prof. Dr.-Ing. habil.) ; Altenbach, Holm ( Prof. Dr.-Ing. habil.) ; Lion, Alexander (Prof. Dr.-Ing. habil.)

Numerische Simulation des viskoplastischen Verhaltens metallischer Werkstoffe bei endlichen Deformationen

Numerical simulation of visoplastic behaviour of metallic materials at finite strains


Kurzfassung in deutsch

In den letzten Jahrzehnten hat sich auf dem Gebiet der phänomenologischen Metallplastizität eine schleichende Revolution vollzogen. Dank der gestiegenen Rechenleistung, in Kombination mit ausgereiften numerischen Algorithmen, sind viele technisch relevante Problemstellungen einer zuverlässigen numerischen Analyse zugänglich gemacht worden. Beispielsweise ermöglicht die Metallumformsimulation, als häufigste Anwendung der Plastizitätstheorie, eine Analyse des Eigenspannungszustandes und der Rückfederung in plastisch umgeformten Halbzeugen und Bauteilen. Solche Simulationen sind für die Planung energie- und ressourceneffizienter Herstellungsprozesse sowie für die Ausnutzung der plastischen Tragfähigkeitsreserven von großer Bedeutung. Die Crashtest-Simulation ist die zweithäufigste Anwendung, die in der Automobilindustrie und auch zunehmend im Flugzeugbau eingesetzt wird. Aus der Notwendigkeit, das Verhalten metallischer Werkstoffe auf Bauteilebene hinreichend genau zu beschreiben, resultiert die Motivation für eine breit angelegte Studie zur Materialmodellierung. Dabei führt die beträchtliche Anzahl unterschiedlicher Phänomene und Effekte, die berücksichtigt werden müssen, zu einer großen Vielfalt von Materialmodellen.
Da die Lösung komplizierter praktischer Probleme mit einem sehr großen numerischen Aufwand verbunden ist, wird der vorteilhafte phänomenologische Zugang bevorzugt. Bei der Konzeption von neuen phänomenologischen Materialmodellen müssen folgende Aspekte beachtet werden: die Genauigkeit bei der Beschreibung des Materialverhaltens; die Stabilität und Robustheit von zugehörigen numerischen Algorithmen; die numerische Effizienz; die zuverlässige Parameteridentifikation für einen möglichst großen Anwendbarkeitsbereich; die Anschaulichkeit und Einfachheit des Materialmodells. Im Allgemeinen stehen diese Anforderungen an ein "gutes Materialmodell" zwar in einem gewissen Widerspruch zueinander, bilden andererseits aber das Grundgerüst für eine systematische Studie. Obwohl sich die vorliegende Arbeit vordergründig an erfahrene Spezialisten im Bereich der Kontinuumsmechanik wendet, sind die darin präsentierten Modelle und Algorithmen auch für praktisch tätige Berechnungsingenieure von Interesse.

Kurzfassung in englisch

In the last decades, a creeping revolution was taking place in the area of the phenomenological metal plasticity. Due to the increased computational power, combined with refined numerical algorithms, many of technically relevant problems are now available for the numerical analysis. In particular, the metal forming simulation is a typical application of the metal plasticity. It enables the analysis of the residual stresses and spring back phenomena in plastically deformed workpieces and components. Such analysis is advantageous for planning of energy and resource-efficient manufacturing and for exploitation of plastic reserves of bearing capacity. The crash test simulation is the second most common application of metal plasticity, highly celebrated in the automotive industry and gaining increasing popularity in the aircraft industry. The need for sufficiently accurate description of metal behaviour on the macroscale motivates wide-ranging studies on material modelling. The large number of different effects and phenomena contributes to the large manifold of material models.
The current work deals with the phenomenological approach, due to its great suitability for the solution of practical problems. The following aspects should be taken into account upon the construction of new phenomenological models: the accurate description of the material behaviour, the stability and robustness of the corresponding numerical algorithms, the numerical efficiency, the reliable parameter identification for a sufficiently large application area, the clearness and simplicity of the material models. In general, these requirements imposed on a "good material model" contradict each other. In this work, however, they are complimentary to each other and build a framework for a systematic study. Although this work is written primarily for experts on the continuum mechanics, the presented models and algorithms can be of interest for practically working engineers.

Universität: Technische Universität Chemnitz
Institut: Professur Festkörpermechanik
Fakultät: Fakultät für Maschinenbau
Dokumentart: Habilitation
ISBN/ISSN: 978-3-944640-28-0
URL/URN: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa-151214
Quelle: Chemnitz : Universitätsverlag der Technischen Universität Chemnitz, 2014. - 247 S.
SWD-Schlagwörter: Viskoplastizität, Bauschinger-Effekt, Numerische Integration, Finite-Elemente-Methode DDC Klassifikation
Freie Schlagwörter (Deutsch): Metallplastizität, Endliche Deformationen, Kinematische Verfestigung, Formative Verfestigung
Freie Schlagwörter (Englisch): Viscoplasticity, Metal Plasticity, Finite Strains, Bauschinger Effect, Kinematic Hardening, Distortional Hardening, Numerical Integration, Finite Element Method
DDC-Sachgruppe: Klassische Mechanik; Festkörpermechanik, Numerische Analysis, Ingenieurwissenschaften
Tag der mündlichen Prüfung 09.05.2014

 

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