Versagen von Thermoplasten Teil 2 - Charakterisierung, Versuche A. Fertschej, P. Reithofer, M. Rollant (4a engineering GmbH)

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1 Versagen von Thermoplasten Teil 2 - Charakterisierung, Versuche A. Fertschej,. Reithofer, M. Rollant (4a engineering GmbH) Seite: 1 / 21 DYNAFORUM 2014 Bamberg 4a engineering GmbH Industriepark 1 A-8772 Traboch reithofer@4a.co.at ++43 (0)

2 Einleitung Einsatzbereich 4a impetus Materialcharakterisierung / Reverse Engineering FE-Model of the test arameterized Materialcard 4a impetus Impetus by 4a engineering GmbH - intelligent testing systems by 4a engineering GmbH - intelligent testing systems Hyperview, Animator, LS REOST, LS DYNA, ABAQUS, AM CRASH, Reverse Engineering DATABASE measurement, models unv. Thermoplaste (A6, BT, E,, C, ABS ) *MAT_IECEWISE_LINEAR_LASTICITY Seite: 2 / 21

3 Einleitung Reverse Engineering, *MAT_24 normierte Kraft normierte Spannung normierte Dehnung Simulation Mittelwertkurve aus Versuche v, mp normierter Weg Für das isotrop elastisch viskoplastische Materialmodell (*MAT_24 in LSDYNA) wurden für die durchgeführten statischen und dynamischen 3- unkt-biegeversuche mit der Methode des Reverse Engineerings ein dehnratenabhängiges Materialmodell bestimmt. Die Optimierung kann das mechanische Verhalten sehr gut reproduzieren. Seite: 3 / 21

4 Einleitung Validierung gespannte 3-unkt-Biegung, *MAT_24 normierte Kraft Simulation Mittelwertkurve aus Versuche normierter Weg Für den Lastfall gespannte Biegung liefert die Simulation im zugdominanten Bereich ein steiferes Verhalten. In diesem Bereich stößt das verwendete Materialmodell an seine Grenzen. Seite: 4 / 21

5 Verfügbare Materialmodelle für Thermoplaste Schnittstellenstand in 4a impetus V3.2 Aktuell für LS-DYNA implementiert MAT_19: *MAT_STRAIN_RATE_DEENDENT_LASTICITY von Mises MAT_24: *MAT_IECEWISE_LINEAR_LASTICITY von Mises MAT_124: *MAT_LASTICITY_COMRESSION_TENSION Drucker rager MAT_187: *MAT_SAM-1 Allg. Fließfläche Alle LS-DYNA Materialkarten über benutzerdefinierte Schnittstellen verfügbar Seite: 5 / 21

6 normierte wahre Spannung normierte Dehnrate Anpassung komplexe Fließfläche Anpassung *MAT_SAM-1 1. Schritt: Die Dehnratenabhängigkeit wird aus den Biegeversuchen bestimmt im *MAT_24 durchgeführt 2. Schritt: Zug-/Druck-/Schubkurven werden dehnratenbereinigt normierte Dehnung Seite: 6 / 21

7 normierte wahre Spannung Johnson Cook Faktor Anpassung komplexe Fließfläche Anpassung *MAT_SAM-1 2. Schritt: Zug-/Druck-/Schubkurven werden dehnratenbereinigt (Dehnratenabhängigkeit wurde über den Johnson-Cook-Ansatz bestimmt) normierte wahre plastische Dehnung Seite: 7 / 21

8 normierte wahre Spannung Anpassung komplexe Fließfläche Anpassung *MAT_SAM-1 2. Schritt: Vergleich Zug/Schub/Druck normierte wahre plastische Dehnung Seite: 8 / 21

9 Anpassung komplexe Fließfläche Anpassung *MAT_SAM-1 3. Schritt: Fließfläche [1] [1] LS-DYNA KEYWORD USER'S MANUAL - VOLUME II - Material Models Seite: 9 / 21

10 Anpassung komplexe Fließfläche Validierung Biegeversuche, *MAT_SAM-1 normierte Kraft 0.1 mm/s 1 m/s 2.5 m/s 4 m/s normierter Weg Simulation Mittelwertkurve aus Versuche Mit dem komplexen Materialmodell lassen sich die Biegeversuche sehr gut simulieren. Das Versagen wurde noch nicht berücksichtigt. Seite: 10 / 21

11 Anpassung komplexe Fließfläche Validierung Zug, T-robe und gespannte Biegung, *MAT_SAM-1 normierte Kraft Zugversuch T-robe 2 m/s Gespannte Biegung 4 m/s normierter Weg Simulation Mittelwertkurve aus Versuche Auch der Zugversuch, die T-robe und die gespannte Biegung werden gut getroffen. Wiederum wurde das Versagen nicht berücksichtigt. Seite: 11 / 21

12 Möglichkeiten der Versagensabbildung Verfügbare Versagens- bzw. Schädigungsmodelle in LS-DYNA lastische Vergleichsdehnung z.b. MAT_24: *MAT_IECEWISE_LINEAR_LASTICITY lastische Vergleichsdehnung mit Schädigung z.b. MAT_81: *MAT_LASTICITY_WITH_DAMAGE Dehnratenabhängiges Vergleichskriterium z.b. MAT_19: *MAT_STRAIN_RATE_DEENDENT_LASTICITY oder MAT_124: *MAT_LASTICITY_COMRESSION_TENSION Vergleichskriterium in Abhängigkeit der Mehrachsigkeit, z.b. MAT_187: *MAT_SAM-1 Alternativ bietet die zusätzliche Option *MAT_ADD_EROSION in Kombination mit einer Materialkarte eine Vielzahl an möglichen Schädigungs- und Versagensmodellierungen. Seite: 12 / 21

13 lastische Dehnung Möglichkeiten der Versagensabbildung Benutzerdefinierte Materialkarte / *MAT_ADD_EROSION Zu einer vorhandenen Materialkarte z.b. *MAT_187 wird eine zusätzliche Karte *MAT_ADD_EROSION hinzugefügt: *MAT_ADD_EROSION $ MID EXCL MXRES MNES EFFES VOLES NUMFI NCS $ MNRES SIG1 SIGVM MXES ESSH SIGTH IMULSE FAILTM $ IDAM DMGTY LCSDG ECRIT DMGEX DCRIT FADEX LCREGD -1 1 $ DITY $ DETY DCTY Q $=========================================== *DEFINE_CURVE $ 1 $ lcid sidr scla sclo offa offo dattyp $ x y Gleiche ID wie in *MAT_187 1 Damage Initiierungs- und Entwicklungs-Kriterium (DIEM) Alternative Möglichkeit: GISSMO Duktile Damage Initiierung Weitere Möglichkeiten: Schubund Instabilitätskriterium Damage Initiierungs- arameter: Mehrachsigkeit vs. plast. Dehnung Damage Entwicklungs- arameter Seite: 13 / 21

14 lastische Dehnung Möglichkeiten der Versagensabbildung Benutzerdefinierte Materialkarte / *MAT_ADD_EROSION Das Versagen kann auch dehnratenabhängig gemacht werden: *DEFINE_TABLE $# tbid $# value lcid *DEFINE_CURVE $ lcid sidr scla sclo offa offo dattyp $ x y $========================================= *DEFINE_CURVE $ lcid sidr scla sclo offa offo dattyp $ x y Dehnraten Seite: 14 / 21

15 Anpassung *MAT_ADD_EROSION DIEM-Modell DIEM: Damage Initiation and Evolution Model [1] Basis: Standard Material Modell (z.b. *MAT_187) 3 individuelle Kriterien können eingesetzt werden: Duktiles Kriterium: Schub Kriterium Instabilitätskriterium D D (, Nach Initiierung erfolgt Schädigungsentwicklung: D D D (, D p p ) (, ) p ) D min or major 0 d D D max D ep (1 D) C : [1] LS-DYNA KEYWORD USER'S MANUAL - VOLUME II - Material Models Seite: 15 / 21

16 lastische Dehnung Anpassung *MAT_ADD_EROSION DIEM-Modell Ermittlung der Versagensdehnungen Seite: 16 / 21

17 normierte Kraft Validierung * MAT_SAM-1 mit *MAT_ADD_EROSION 3-unkt-Biegung, 4 m/s, ungefiltert Die Versuchskurven werden sehr gut abgebildet. Simulation Mittelwertkurve aus Versuche Bunt: Versuchskurven Schwarz: Simulation Seite: 17 / 21 normierter Weg

18 normierte Kraft Validierung * MAT_SAM-1 mit *MAT_ADD_EROSION Dynamischer Durchstoßversuch Die Versuchskurven werden sehr gut abgebildet. Simulation Mittelwertkurve aus Versuche Bunt: Versuchskurven Schwarz: Simulation Seite: 18 / 21 normierter Weg

19 Kraft [N] Normierte Kraft Validierung * MAT_SAM-1 mit *MAT_ADD_EROSION Dynamischer Durchstoßversuch am Bauteil Die Versuchskurven werden sehr gut abgebildet. 1,500 1, Kraft [N] DS06 Kraft [N] DS07 Kraft [N] DS08 Kraft [N] DS09 Kraft [N] DS10 Simulation Normierter Weg Zeit [s] Seite: 19 / 21

20 Zusammenfassung Mit statischen und dynamischen Biegeversuchen lassen sich einfache Materialkarten (*MAT_24) sinnvoll für die Simulationspraxis erstellen. Bei einer Zug-/Druckabhängigkeit stößt das einfache Materialmodell schnell an seine Grenzen, komplexere Materialmodelle (z.b. *MAT_SAM-1) sind gefordert. Zusätzliche Versuche (Zug-, Schub-, Druckversuche, ) für z.b. *MAT_SAM-1 können in 4a impetus importiert und der Materialcharakterisierung und -modellierung zugeführt werden. Durch Integration eines Versagens- und Schädigungsmodells (*MAT_ADD_EROSION) konnte der verwendete Kunststoff sehr realitätsnah und bestmöglich abgebildet werden Die Versagensabbildung durch unterschiedliche Versagensmodelle wird momentan in 4a impetus erweitert. Seite: 20 / 21

21 Der findet vom März 2015 in Schladming zum insgesamt 12. Mal statt. Das Thema heuer lautet Leichtbau und Composites. Nähere Informationen sind demnächst auf der Homepage verfügbar. Seite: 21 / 21