Modeling of the ductile damage – Application for bar shearing. Issue 11 (14th November 2019)

• Record Type: Journal Article
• Authors: Moakhar, S.; Hentati, H.; Barkallah, M.; Louati, J.; Haddar, M.; Bonk, C.; Behrens, B.A.
• Is Part Of: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. Volume 50:Issue 11(2019:Nov.)
• Page Start: 1353
• Page End: 1363
• Publication Date: 2019-11-14
• Subjects: Damage model -- temperature -- triaxiality -- finite element method -- bar shearing -- fracture characteristic tests; Schädigungsmodell -- Temperatur -- Triaxialität -- Finite-Elemente-Methode -- Knüppelscheren -- Versagensversuche; Materials -- Periodicals; Materials -- Testing -- Periodicals; 620.1
• DOI: 10.1002/mawe.201800128
• Languages: English
• ISSNs: 0933-5137

Abstract

Abstract: The finite element method is becoming a reliable tool for designing manufacturing processes. Even in bar shearing, which is a basic operation in the metalworking industry, the finite element method is increasingly employed for the optimization of the process. Ductile damage modeling is crucial thereby. Recent experimental investigations have shown that, in particular, triaxiality and temperature must be considered in the constitutive description of damage in the shear zone. In this context, the Hooputra's criterion is in this work applied for the numerical simulation of shearing taking account of different stress states and temperatures. The parameterization of the model is based on wide experimental investigations. Characterization tests on smooth and notched cylindrical specimens as well as on flat shear specimens are carried out. The selected material for this investigation is the aluminum alloy AW6082. Subsequently, the numerical calculation of shearing is performed. By comparing the simulation results with data from experimental shearing, the importance of the consideration of the temperature gradients and the different triaxiality values in the shear zone is proven. Translation abstract: Die Finite‐Elemente‐Methode (FEM) ist heutzutage ein zuverlässiges Tool bei der Auslegung von Fertigungsverfahren. Auch beim Knüppelscheren, das eine entscheidende Operation in der Metallverarbeitungsindustrie darstellt, wird die FEM für die Optimierung dieses Prozesses immer häufiger eingesetzt. Dabei spielt die Modellierung der duktilen Schädigung eine wichtige Rolle. Neue experimentelle Untersuchungen haben gezeigt, dass insbesondere die Triaxialität und die Temperatur bei der konstitutiven Beschreibung der Schädigung in der Scherzone zu berücksichtigen sind. In diesem Sinne wird im Rahmen dieser Arbeit das Hooputra‐Kriterium unter Berücksichtigung unterschiedlicher Spannungszustände und Temperaturen in der numerischen Abbildung des Knüppelscherens angewendet. Die Parametrierung des Modells erfolge anhand umfangreicher experimenteller Untersuchungen. Dabei werden Versagensversuche an vollen und taillierten zylindrischen Proben sowie an flachen Scherproben durchgeführt. Für diese Untersuchungen wird die Aluminiumlegierung AW6082 gewählt. Anschließend erfolgt die numerische Berechnung des Knüppelscherprozesses. Durch Vergleiche der Simulationsergebnisse mit Daten der experimentellen Knüppelscherversuche wird die Bedeutung der Berücksichtigung der Temperaturgardienten sowie der unterschiedlichen Triaxialtätswerte in der Scherzone nachgewiesen.