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Stress state dependent damage modeling with a focus on the lode angle influence = Schädigungsmodellierung mit besonderer Berücksichtigung von Lode-Winkelabhängigkeit



Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Merdan Basaran

ImpressumAachen : Shaker 2011

UmfangXX, 122 S. : Ill., graph. Darst.

ISBN978-3-8440-0446-5

ReiheBerichte aus dem Maschinenbau Maschinenbau


Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2011

Zsfassung in dt. und engl. Sprache


Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter


Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2011-07-14

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-38332
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/82609/files/3833.pdf

Einrichtungen

  1. Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Mechanik (411110)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Ingenieurwissenschaften (frei) ; Lode-Winkel (frei) ; Triaxialität (frei) ; duktiles Materialversagen (frei) ; FEM (frei) ; lode angle (frei) ; stress triaxiality (frei) ; ductile damage (frei) ; fracture locus (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Versagensprognose von metallischen Werkstoffe ist von großem Interesse in der Automobilindustrie, da sie einen wesentlichen Beitrag zur Verbesserung der Crashsicherheit von Karosseriebauteilen liefert. In der vorliegenden Arbeit wird der Einfluss des Spannungszustandes, insbesondere des Lode-Winkel-Parameters (oder der dritten deviatorischen Spannungsinvariante), auf die Schädigungsmodellierung diskutiert und mit Hilfe experimenteller und numerischer Untersuchungen validiert. Die Implementierung dieser Modellierung führt zu einer Erweiterung des Schädigungsmodells GISSMO (Generalized Incremental Stress State dependant damage MOdel) von Neukamm et al. [1-4] für 3D-Anwendungen um die Berücksichtigung des Lode-Winkel-Parameters. Der Spannungszustand wird somit durch zwei Spannungszustand-Parameter eindeutig definiert: Die Triaxialität und der Lode-Winkel-Parameter. In Folge davon ergibt sich die Duktilität (oder Bruchdehnung) als Funktion von Triaxialität und Lode-Winkel-Parameter. Der Triaxialität- und Lode-Winkel-Parameter-Raum wird mit einer Reihe von Versuchen für das Dualphasenstahl DP600 abgetastet. Versuche mit gekerbten Rundzugproben, glatten Flachzugproben und Nakazima-Proben werden durchgeführt, um das jeweilige Materialverhalten für die Lode-Winkel-Parameter-Werte 1, 0 und -1 zu untersuchen. Zusätzlich werden für dazwischenliegende Spannungszustände Versuche mit Butterfly-Proben und Flachzugproben durchgeführt. Die Bruchdehnung eines jeden Versuchs wird durch eine Kombination experimenteller und numerischer Ergebnisse bestimmt. Parallel werden entsprechende Spannungszustandsparameter mit Hilfe von Gewichtungsfunktionen numerisch bestimmt. Diese in der Arbeit vorgeschlagenen Gewichtungsfunktionen hängen von der nichtlinearen Schädigungsakkumulationsformulierung im GISSMO-Schädigungsmodell. Die vom Spannungszustand abhängige Bruchdehnungsformulierung wird in den kommerziellen FE-Code LS-DYNA implementiert. Eine auf einem Spannungszustand basierende analytische Beschreibung der Bruchdehnungsfläche mit neun Parametern wird vorgeschlagen. Außerdem wird eine mathematische Funktion der Bruchdehnung basierend auf der biharmonischen Spline-Methode vorgestellt. Die Untersuchungen zeigen den Einfluss des Lode-Winkel-Parameters auf die Duktilität des untersuchten Materials DP600. Mit dem vorgestellten Ansatz zur Materialparameteranpassung wird eine gute Übereinstimmung zwischen experimentellen und numerischen Kraft-Weg-Kurven erreicht.

Numerical fracture prediction of metals is of great interest in automotive industry, since it is an effective way to improve crashworthiness of car body parts. In the present thesis, the effect of stress state on damage modeling with the focus on the Lode angle parameter (or third deviatoric stress invariant) is discussed and validated by experimental and numerical studies. The numerical implementation is integrated to the damage model GISSMO (Generalized Incremental Stress State dependant damage MOdel) as an extension. The model is extended for 3D usage by utilization of Lode angle parameter. The stress state is defined with two stress state parameters, stress triaxiality and Lode angle parameter uniquely. The material ductility (or fracture strain) is considered as a function of the stress triaxiality and Lode angle parameter. The stress triaxiality and Lode angle parameter space is covered with a series of tests for the dual-phase steel DP600. Tests of axisymmetric notched round specimens, grooved flat specimens and Nakazima were conducted to study the material behavior for Lode angel parameter equal to 1, 0 and -1, respectively. Additionally, for the intermediate stress states, tests of butterfly specimens and flat specimens were carried out. The representative fracture strain of each test is obtained by combining experimental and numerical results, and parallel corresponding stress state parameters are determined numerically by using proposed weighting functions, which depend on the nonlinear damage accumulation formulation in the GISSMO damage model. The stress state dependent fracture strain formulation is implemented into the commercial finite element code LS-DYNA. A nine-parameter stress state dependent analytical fracture locus is proposed. In addition, a mathematical fracture strain function based on biharmonic spline method is introduced. The investigations on the material DP600 show the influence of Lode angle parameter on the fracture strain. With the introduced calibration approach a good correlation is obtained between experimental and numerical force-displacement curves.

Fulltext:
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Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis

Format
online, print

Sprache
English

Interne Identnummern
RWTH-CONV-142999
Datensatz-ID: 82609

Beteiligte Länder
Germany

 GO


OpenAccess

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The record appears in these collections:
Document types > Theses > Ph.D. Theses
Faculty of Mechanical Engineering (Fac.4)
Publication server / Open Access
Public records
Publications database
411110

 Record created 2013-01-28, last modified 2022-04-22


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