Modellierung und Simulation des Werkstoffverhaltens bei der elektromagnetischen Blechumformung

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Bei elektromagnetischer Umformung wird die Wirkenergie eines impulsartigen Magnetfeldes zur berührungslosen Umformung elektrisch gut leitfähiger Metalle, wie z.B. Aluminium oder Kupfer, genutzt. Während dieses dynamischen Umformprozesses werden inhomogene Verzerrungsgeschwindigkeiten über 104s-1 erreicht, die wiederum inhomogene mechanische Dissipation bzw. Temperaturerhöhung verursachen. Bestehende numerische Simulationen dieses Prozesses sind rein mechanisch und setzen häufig die Vorgabe einer aus Zugversuchen gewonnenen Spannungs-Dehnungs-Kurve für unterschiedliche Dehnungsgeschwindigkeiten voraus. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, thermodynamisch konsistente, mikrophysikalisch begründete, thermoelasto-viskoplastische Modelle für geschwindigkeitsabhängiges Material- und Versagensverhalten bei großen Deformationen und sehr hohen Verformungsgeschwindigkeiten zu formulieren. Deren Parameter sollen identifiziert und im Rahmen einer FE-Simulation der elektromagnetischen Umformung von Werkstücken und Bauteilen verifiziert werden. Grundlage für die erforderlichen FE-Implementierungen der Materialmodelle mit Hilfe adaptiver Methoden sind mathematisch rigorose Kontrollmechanismen zur Quantifizierung des Diskretisierungsfehlers. Diese können darüber hinaus zur Detektierung numerischer Schwierigkeiten bei extremen Netzverzerrungen, Dünnwandigkeit oder Lokalisierung im Rahmen der FE-Simulationen eingesetzt werden. Zur möglichst schnellen Simulation der auftretenden gekoppelten Mehrfeldprobleme sollen effiziente, auf das entsprechende Gleichungssystem zugeschnittene Löser entwickelt und eingesetzt werden.