Simulation der duktilen Schädigung mittels des mikromechanischen Modells nach Ponte Castaneda

Hemanth, Janarthanam

Die Schädigung in den meisten metallischen Legierungen für strukturmechanische Anwendungen zeichnet sich durch das duktile Risswachstum mit zunehmender akkumulierter plastischer Dehnung aus. Auf mikroskopischer Ebene erfolgt duktile Schädigung durch Nukleation, Wachstum und Koaleszenz von Poren. Dieser Mechanismus der duktilen Schädigung ist maßgeblich für die Umformbarkeit des Materials. In der vorliegenden Arbeit wurde das mikromechanisch motivierte konstitutive Modell nach Ponte Castaneda für elasto-plastische, poröse Materialien zur Simulation der Schädigung in Massivumformprozessen und Laborversuchen (diverse Stauchversuche und Zugversuche) verwendet. Dabei wurde insbesondere die Vorhersagbarkeit der Formänderung der Poren während der Umformung analysiert und der Einfluss der Ausgangsporenform auf die Porenentwicklung unter verschiedenen Belastungszuständen untersucht. Das ursprüngliche Modell wurde außerdem um isotrope Verfestigungsmodelle, Koaleszenzkritieren basierend auf dem Thomason-Kriterium und neuartige dehnungsabhängige Nukleationsformulierungen erweitert. Die mit diesem erweiterten Modell erzielten Ergebnisse wurden abschließend mit Rechnungen mit dem Gurson-Modell und in der Literatur vorgeschlagenen phänomenologischen Versagenskriterien zur Beschreibung duktiler Schädigung verglichen.

Most metals used in structural applications often exhibit ductile damage characteristics, where the crack propagates through the material with accumulation of plastic strain. Microscopically, ductile damage consists of void nucleation, void growth and void coalescence. In metal forming process, ductile damage is often a limiting factor. In this work, micromechanically motivated constitutive model proposed by Ponte Castaneda et al. (VAR) for elastoplastic porous material is used to simulate ductile damage in standard bulk forming process and experiments, namely upsetting test, cylinder with circular notch upsetting test and uniaxial tensile test. The ability of the model to predict void growth with its shape change is analysed. Also, the influence of initial shape of the void on evolution of porosity under different stress triaxialities are studied. Isotropic hardening laws, Thomason based coalescence criteria and new strain induced void nucleation formulation are implemented to the original constitutive equation. The results obtained from the extended VAR model are compared to Gurson model and phenomenological ductile damage criteria proposed in literature.

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Hemanth, J., 2016. Simulation der duktilen Schädigung mittels des mikromechanischen Modells nach Ponte Castaneda. https://doi.org/10.17185/DUEPUBLICO/41465
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