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Simulation des plastischen Werkstoffverhaltens von Metallen

Um plastische Reserven bei duktilen Werkstoffen in der Simulation zu ermitteln, müssen geeignete Werkstoffmodelle verwendet werden. Als plastische Reserve kann man den Unterschied zwischen einer Traglast und dem ersten Auftreten von Plastizität verstehen oder die Identifikation für das Einspielen von einem plastisch werdenden Bereich bei zyklischer Belastung. Darüber hinaus wird in vielen Richtlinien zu Festigkeitsnachweisen wie Eurocode oder FKM die Analyse des plastischen Materialverhaltens angeregt, um die plastischen Reserven zu quantifizieren. Bei Metallen sind diese Effekte oft besonders ausgeprägt und es gibt dafür etablierte Materialmodelle in ANSYS Mechanical.

In diesem Seminar wird sowohl das Verhalten der Materialmodelle mit Plastizität erläutert als auch deren Anwendung geübt. Neben dem Materialverhalten werden auch Analyseeinstellungen benannt, mit denen Sie die Antwortzeiten einer nichtlinearen Simulation beeinflussen können. Mit den Seminarinhalten haben Sie eine Basis, um ein passendes plastisches Materialmodell auszuwählen, für Ihre Aufgaben anzuwenden und vom Zugewinn aus der realitätsnahen Abbildung des Materialverhaltens zu profitieren.


  • Überblick über die Welt der Metalle
    • Vom elastischen zum plastischen Materialverhalten
    • Beispiel: Plastische Traglastreserve eines Stahlträgers
    • Einfluss von Metalleigenschaften, Temperatur und Lastgeschwindigkeit
    • Typische Spannungs-Dehnungs-Verläufe aus der Messung
    • Wahre Spannungen und Dehnungen – technische Größen
    • Demo: ANSYS-konforme Berechnung von Spannungen und Dehnungen aus Messdaten
  • Abbildung des plastischen Materialverhaltens im FE-Modell
    • Wann fängt ein Metall an zu fließen?
    • Fließfunktion, Fließregel, Belastungs- und Entlastungsbedingung
    • Entwicklung der Fließfläche in Abhängigkeit von der plastischen Dehnung
    • Isotrope Plastizität nach von-Mises – anisotrope Plastizität nach Hill
    • Beispiel: Plastische Ergebnisgrößen und Ihre Bedeutung am Beispiel einer Zugprobe
  • ANSYS Materialmodelle für monotone Lasten
    • Ratenunabhängige Modelle mit isotroper Verfestigung
    • Bilinear (BISO), multilinear (MISO) und nichtlinear (NLISO, POWER, VOCE)
    • Definition der Materialgesetze in der ANSYS Mechanical Materialbibliothek
    • Der APDL Weg innerhalb von ANSYS Mechanical für spezielle Materialgesetze
    • Bestimmung der Materialparameter bei nichtlinearer Verfestigung
    • Beispiel: Virtueller Zugversuch – Gegenüberstellung isotroper Verfestigungsmodelle
  • ANSYS Materialmodelle bei zyklischer Belastung
    • Ratenunabhängige Modelle mit kinematischer Verfestigung
    • Bilinear (BKIN), multilinear: PLAS(KINH) und nichtlinear (Chaboche)
    • Bauschinger Effekt, Rückspannung und kinematische Glieder
    • Ratcheting und Shakedown bei asymmetrischer Last
    • Beispiel: Virtueller Zugversuch – Gegenüberstellung kinematischer Verfestigungsmodelle
    • Beispiel: Aufbereitung zyklischer Versuchsdaten – Curve Fit für Chaboche Plastizität
  • Kombinationen von kinematischer und isotroper Verfestigung
    • Hysteresen mit Kraft- und Verschiebungssteuerung
    • Zyklische Verfestigung und Entfestigung
    • Nichtlineare Analyseeinstellungen
    • Beispiel: Zyklische Analyse eines Ringbehälters
  • Einfluss der Lastgeschwindigkeit im Kurzzeitbereich
    • Viskoplastische Modelle in ANSYS Mechanical (Peirce, Perzyna, Anand)
    • Abbildung der Dehnratensensitivität im FE-Modell
    • Unterschied zwischen expliziter und impliziter Lösungsverfahren
    • Kurzzeitfestigkeit nach dem Dehnungskonzept
    • Statische im Vergleich zu zyklischer Spannungs-Dehnungskurve
    • Beispiel: Ertragbare Schwingspielzahl einer Elektronikkomponente (Anand mit Coffin-Manson)
  • Langzeitverhalten bei konstanter Last und hoher Temperatur
    • Phänomen des Kriechens
    • Unterschiede zwischen primärem, sekundärem und tertiärem Kriechen
    • Einflussgrößen auf das Kriechverhalten (Spannung, Kriechdehnrate, Temperatur)
    • Dehnungsexplizite und zeitexplizite Ansätze
    • Aufbereitung von experimentellen Kriechkurven (Hinweise zum erfolgreichen Curve Fit)
    • Beispiel: Simulation eines Auspuffkrümmers unter Temperaturlast
  • Spezielle Effekte bei Metallen
    • Zug-Druck-Asymmetrie im plastischen Bereich (Gußeisen - Cast Iron)
    • Beispiel: Virtueller Zugversuch – Cast-Iron-Modell
    • Kristallerholung – statisch, kinematisch-statisch (KSR)
    • Demo: Rohrzugprobe - Einbinden kinematisch statischer Erholung im Chaboche-Modell
    • Phänomenologische Schädigungsentwicklung nach Gurson-Tvergaard-Needleman (GTN)
    • Demo: Virtueller Zugversuch - Neubildung, Wachstum und Zusammenwachsen von Poren im GTN-Modell
Allgemeine Informationen
Veranstaltung
Seminar
Voraussetzungen
Grundwissen in ANSYS Mechanical
Verwendete Software
ANSYS Mechanical
Vortragssprache
Deutsch
Sprache Unterlagen
Englisch
Referent
Mitarbeiter CADFEM
Dauer
2 Tag(e)

Termine, Preise und Anmeldung

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