Materialdaten digital erzeugen – Kosten für Werkstoffprüfungen senken

Werkstoffsimulation für Praktiker

Berechnete Fließkurve einer Aluminium-Legierung, Umformgeschwindigkeit 1
(PresseBox) ( Wuppertal, )
Die Werkstoffprüfung ist ein unverzichtbarer Bestandteil in Wertschöpfungsketten, beispielsweise für die Erzeugung von Prüfzeugnissen und die Ermittlung von Eingangsdaten für FEM-Simulationen. Allerdings kann man heute viele Werkstoffeigenschaften von metallischen Legierungen schnell und einfach berechnen, so dass teure Prüfungen zumindest teilweise ersetzt werden können.

Die Möglichkeiten zur Berechnung von Werkstoffeigenschaften sind vielfach noch unbekannt – demzufolge nutzen bisher nur vergleichsweise wenige Unternehmen die sich hieraus ergebenen Möglichkeiten:
  • Kostensenkung und Zeitersparnis bei anspruchsvollen Prüfungen
  • Validierung oft inkonsistenter experimenteller Prüfergebnisse
  • Erzeugung von exakten Materialkarten für die CAE-Simulation
Die Berechnung umfangreicher Daten mit chargengenauen Ergebnissen ist allgemein erheblich schneller und kostengünstiger als anspruchsvolle Prüfungen. Weiterer Vorteil liegt in der Konsistenz der Ergebnisse: Modellbasiert ermittelte Daten, die auf physikalischen Grundprinzipien beruhen, widersprechen sich nicht.

Demgegenüber streuen Prüfergebnisse in abhängig der Komplexität der Prüfung teilweise stark – und für eine seriöse statistische Absicherung der experimentellen Ergebnisse fehlt oft Zeit und Budget. Die Werkstoffsimulation bietet hier Abhilfe, da ein Vergleich der experimentellen Daten mit zugehörigen berechneten Daten eine Bewertung sowie Inter- und Extrapolation ermöglicht. Ein gutes Beispiel sind Fließkurven als Funktion von Temperatur und Geschwindigkeit, die für die Auslegung von Umform-, Wärmebehandlungs- und Schweißprozessen benötigt werden. Fließkurven können mit geringem Aufwand berechnet werden – damit kann zumindest die Anzahl der teuren und zeitaufwändige Prüfungen reduziert werden und die Konsistenz der Daten gesichert werden.

Hervorzuheben ist die einfache Benutzung der Werkstoffsimulation: „Im Vergleich zu FEM-Simulationen, die oft einen hohen Schulungsaufwand und hohe Rechenkosten erzeugen, ist die Berechnung von Werkstoffdaten mit dem marktführenden System JMatPro® verblüffend einfach“, erläutert Dr. Petra Becker, Leiterin Werkstoffinnovation bei der der Matplus GmbH, und ergänzt: "Manche Kunden geben einfach die chemische Zusammensetzung aus einem Prüfzeugnis ein und bekommen Ihre passende Materialkarte für FEM auf Knopfdruck“.

Die anschließende FEM Berechnung mit den berechneten Werkstoffdaten liefert oft bessere Ergebnisse, als wenn die Materialkarte auf Grundlage experimenteller Ergebnisse erzeugt wurde. Der Grund hierfür liegt in der physikalischen Konsistenz der Daten.
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