Lode-Winkelabhängige Gleitbruchmodellierung bei hohen Dehnraten

Von:

Benedikt Martin Döbereiner

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Die Vorhersage des Schädigungsverhaltens von Stählen durch Simulationen bei niedrigen Spannungsmehrachsigkeiten und hohen Dehnraten ist insbesondere bei sicherheitsrelevanten Bauteilen von Bedeutung. Aufgrund der gleichzeitig wirkenden Einflussfaktoren auf die Verfestigung und Schadensevolution ist eine simulationstechnische Vorhersage in bisherigen Schädigungsmodellen eingeschränkt darstellbar. Um Belastungsfälle bei vorherrschender niedriger Spannungsmehrachsigkeit, wie z.B. Scherbelastung, und gleichzeitig hohen Dehnraten zukünftig zu simulieren, wird in dieser Arbeit ein gekoppeltes Lode-Winkelabhängiges Schädigungsmodell mit einem empirischen Ansatz zur Beschreibung des Dehnraten- und Temperatureinflusses erweitert. Die notwendigen Parameter zur Beschreibung der Material-plastizität und des Schädigungsverhaltens wird über Tests und Simulationen verschiedener Probengeometrien über ein breites Spektrum verschiedener Spannungszustände ermittelt. Für die Implementierung der Dehnraten- und Temperaturabhängigkeit werden ergänzende Tests bei teilweise sehr hohen Dehnraten und bei niedrigen Temperaturen durchgeführt. Erfolgreiche Simulationen des Split-Hopkinson-Tensile-Bar Tests mit unterschiedlichen Kerbradien, Temperaturen und Dehnraten bestätigen, dass das hybride Schädigungsmodell bei variierenden Spannungszuständen und Dehnraten anwendbar ist. Darüber hinaus wurden alle ermittelten Materialparameter durch die Simulation von zwei Fallgewichtsversuchen validiert. Das Simulationsergebnis des Battelle Drop Weight Tear Tests (BDWTT) und des Fallgewichtsversuches einer Crashbox demonstrieren, dass eine Vorhersage der Bauteilverformung und der Materialschädigung möglich ist.