Plastisches Werkstoffverhalten von Metallen simulieren
Lernen Sie mehr über die realitätsnahe Abbildung metallischen Materialverhaltens und typische Bausteine plastischer Festigkeitsnachweise kennen. Diese Schulung wird als 2-tägiges Seminar angeboten.
Dauer
2 Tage
Voraussetzungen
Grundwissen in Ansys Mechanical
Verwendete Software
Ansys Mechanical
- Wichtige Materialmodelle für Metalle in Ansys kennenlernen
- Messdaten aufbereiten und Modellkombinationen richtig einsetzen
- Fehler im Modell finden und das Konvergenzverhalten verbessern
- Situationsgerecht das passende plastische Materialmodell auswählen
Beschreibung
Infolge der kristallinen Struktur treten bei Metallen Effekte wie bleibende Verformungen auf, die sich nicht durch ein linear-elastisches Gesetz beschreiben lassen. Die Abhängigkeit des Spannungsniveaus von der Deformationsgeschichte und der Lastgeschwindigkeit ist oft besonders ausgeprägt, so dass nichtlineare Werkstoffmodelle notwendig sind, um die plastische Reserve der Metalle zu ermitteln. 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. Zudem wird in vielen Richtlinien zu Festigkeitsnachweisen wie Eurocode oder FKM die Analyse des plastischen Materialverhaltens vorausgesetzt.
Im Seminar bekommen Sie einen tiefen Einblick in die wichtigsten Materialmodelle für Metalle in Ansys. Neben dem Verständnis für die Begriffe der ratenunabhängigen und ratenabhängigen Plastizität erlernen Sie, wie die Messdaten aufbereitet werden und bei welchen Belastungsszenarien, welche Modellkombinationen zum Einsatz kommen. Praktische Übungen helfen bei der Modellfehlersuche und der Verbesserung des Konvergenzverhaltens physikalisch nichtlinearer Probleme. Sie erhalten eine solide Basis, um ein passendes plastisches Materialmodell auszuwählen und für Ihre Aufgabenstellung erfolgreich anzuwenden oder einen simulationsbasierten plastischen Festigkeitsnachweis durchzuführen.
Detaillierte Agenda für diese 2-tägige Schulung
Tag 1
01 Überblick über die Welt der Metalle
- Vom elastischen zum plastischen Materialverhalten
- Workshop: Plastische Traglastreserve eines Stahlträgers
- Einfluss von Metalleigenschaften, Temperatur und Lastgeschwindigkeit
- Typische Spannungs-Dehnungs-Verläufe aus der Messung
- Wahre Spannungen und Dehnungen – technische Größen
- Ansys-konforme Berechnung von Spannungen und Dehnungen aus Messdaten
02 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 und anisotrope Plastizität nach Hill
- Workshop: Plastische Ergebnisgrößen und Ihre Bedeutung am Beispiel einer Zugprobe
03 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
- Workshop: Virtueller Zugversuch – Gegenüberstellung isotroper Verfestigungsmodelle
- Workshop: Auswertung des statischen Bauteilversagens in Anlehnung an FKM NL
04 Ansys Materialmodelle bei zyklischer Belastung
- Ratenunabhängige Modelle mit kinematischer Verfestigung
- Bilinear (BKIN), multilinear (KINH) und nichtlinear (Chaboche )
- Bauschinger Effekt, Rückspannung und kinematische Glieder
- Ratcheting und Shakedown bei asymmetrischer Last
- Beispiel: Virtueller Zugversuch – Gegenüberstellung kinematischer Verfestigungsmodelle
- Workshop: Platte unter zyklischer Last mit Chaboche, inklusive Curve Fit und Vergleich mit multilinearer kinematischer Verfestigung
Tag 2
05 Kombinationen von kinematischer und isotroper Verfestigung
- Hysteresen mit Kraft- und Verschiebungssteuerung
- Zyklische Verfestigung und Entfestigung
- Monotone im Vergleich zu zyklischer Spannungs-Dehnungskurve
- Spannungs-Dehnungs-Kennlinie über die Ramberg-Osgood-Gleichung abschätzen
- Nichtlineare Analyseeinstellungen
- Workshop: Curve Fit für kombinierte Verfestigung (Voce, Chaboche)
- Workshop: Zyklische Analyse eines Ringbehälters
06 Einfluss der Lastgeschwindigkeit im Kurzzeitbereich
- Viskoplastische Modelle in Ansys Mechanical (Peirce, Perzyna, Anand)
- Abbildung der Dehnratensensitivität im FE-Modell
- Unterschied zwischen expliziten und impliziten Lösungsverfahren
- Kurzzeitfestigkeit nach dem Energiekonzept
- Workshop: Ertragbare Schwingspielzahl einer Elektronikkomponente (Anand-Modell mit energiebasiertem Kriterium)
07 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)
- Workshop: Curve Fit für sekundäres Kriechen
- Workshop: Simulation eines Auspuffkrümmers unter Temperaturlast
08 Spezielle Effekte bei Metallen
- Zug-Druck-Asymmetrie im plastischen Bereich (Gußeisen - Cast Iron)
- Beispiel: Virtueller Zugversuch – Cast-Iron-Modell
- Statische Kristallerholung der isotropen und kinematischen Verfestigung
- Workshop: Rohrzugprobe - Einbinden kinematisch statischer Erholung im Chaboche-Modell
- Phänomenologische Schädigungsentwicklung nach Gurson-Tvergaard-Needleman (GTN)
- Beispiel: Virtueller Zugversuch - Neubildung, Wachstum und Zusammenwachsen von Poren im GTN-Modell
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