Die Modellierung und Simulation der Mikrostrukturentwicklung von Aluminiumlegierungen inWarmumformverfahren liefern einen Einblick in die Materialeigenschaften des Endproduktesund ermöglichen die Optimierung und Anpassung des Materialverhaltens dieses Endproduktesdurch die Steuerung der Mikrostrukturentwicklungen während und nach dem Umformprozess.Für die präzise und stabile Simulation der Mikrostruktur und des Materialverhaltens währendWarmumformungsprozessen müssen zahlreiche numerische und strukturelle Aspekte berücksichtigt,sowie ein passendes Materialmodell gewählt werden. Die vorliegende Arbeit beschäftigtsich einerseits mit den numerischen Aspekten der Simulation von Warmumformungsprozessen,andererseits mit der Material- und Mikrostrukturmodellierung solcher Prozesse.Das erste Kapitel gibt einen Überblick über diese Arbeit und ihr verwandte Forschungsgebiete.Hier werden die verschiedenen Aspekte der Modellierung und Simulation des Strangpressprozessesdiskutiert. Im Übrigen umfasst dieses Kapitel eine Zusammenstellung der aktuellenModelle zur Mikrostrukturentwicklung beim Warmumformungsprozess, ebenso wie die neuestenBemühungen zur Modellierung dieser.Im zweiten Kapitel dieser Doktorarbeit liegt das Augenmerk auf den Aluminiumlegierungender Serien 6000 (Al-Mg-Si) und 7000 (Al-Zn-Mg). Es wird eine Reihe von Aspekten der Struktursimulationsowie des Strangpressens als thermomechanischen Prozess berücksichtigt. DieseGesichtspunkte beinhalten den Kontakt, die adaptive Netzverfeinerung, die Wärmeübertragungim Inneren des Walzblocks, den Wärmeaustausch zwischen dem Werkstück und dem Behälter,den Reibungsverlust, die mechanische Energie und die Oberflächenstrahlung.Im dritten Kapitel werden allgemeine Rahmenbedingungen für die Modellierung des Materialverhaltensvon Metallen in Umformprozessen dargestellt. Ferner wird, um Simulationsproblemevon Umformprozessen zu überwinden, ein neues Modell zur Neuvernetzung präsentiert.Hier wird die im zweiten Kapitel dargestellte Netzverfeinerung durch die neue Vernetzung derdeformierten Geometrie ersetzt. Die Anwendung der Grundstruktur und der entwickelten Simulationstechnikenauf zwei Umformprozesse wird präsentiert. Um die numerischen Kosten zu reduzierenund die Ergebnisgenauigkeit zu verbessern, wird die Qualität des Netzes während derSimulation kontrolliert und die Simulation angehalten, falls die Netzqualität einen erlaubtenWert unterschreitet. Die Simulationsergebnisse für die Mikrostrukturentwicklung als Funktionder Prozessbedingungen demonstrieren die Empfindlichkeit der Mikrostrukturentwicklunggegenüber diesen Bedingungen. Ein Vergleich der Simulationsergebnisse für die Mikrostrukturentwicklungmit den jeweiligen experimentellen Werten zeigt gute qualitative Übereinstimmungen.Im vierten Kapitel liegt der Fokus auf dem Vergleich der Ergebnisse aus Experiment undSimulation. Weiterhin wird ein Modell zur Vorhersage und Simulation der Mikrostrukturentwicklung,insbesondere der Kornentwicklung der Aluminiumlegierung EN AW-6082 währendWarmumformprozessen kurz beschrieben. Dieses Modell ist ein physikalisch motiviertes phänomenologisches Modell, welches auf vom inneren Zustand abhängigen Variablen basiert. DieMikrostrukturentwicklung ist ein temperaturabhängiger Prozess und wird mit Hilfe der FiniteElemente Software Abaqus in einem vollständig gekoppelten thermomechanischen Verfahrensimuliert. Die Ergebnisse werden mit experimentellen Werten, bestimmt mit Hilfe einerEBSD Messung eines kleinmaßstäbigen Strangpressungsprozesses, der sich für wissenschaftlicheZwecke etabliert hat, abgeglichen und verifiziert. Die Simulationsergebnisse weisen einezufriedenstellende Übereinstimmung mit den Experimentalergebnissen auf.Im letzten Kapitel werden für das thermoelastische, viskoplastische Verhalten von Aluminiumlegierungenzwei Modelle formuliert und auf den Fall der Strangpressung angewendet.Das erste Modell basiert auf einer gängigen semiempirischen Form der (skalaren) Fließregelder Strangpressgemeinde und vernachlässigt alle Effekte der Mikrostruktur auf das Aushärtungsverhalten.Dies resultiert in einem idealen viskoplastischen Modell. Im zweiten Modellwird eine skalare Fließregel basierend auf der Taylorannahme formuliert, außerdem werden derEinfluss der Subkornstrukturentwicklung auf die freie inelastische Energie sowie die Fließspannungberücksichtigt. Die Vorhersagen dieser beiden Modelle für einfache Benchmarkproblemeaus der Materialprüfung und der Strangpressung werden verglichen.
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