TY - THES A1 - Richter, Lukas T1 - Formulierung eines kontinuumsthermomechanischen Ansatzes zur FE-Modellierung von ratenabhängigen Materialverhalten unter Berücksichtigung von Schädigungseffekten T1 - A continuum thermomechanical approach for FE modelling of rate-dependent material behaviour under consideration of damage effects N2 - Additiv gefertigte Materialien ermöglichen im Bereich der Bauteilkonstruktion die Umsetzung von komplexen Geometrien. Mit den Prozessparametern kann zusätzlich die finale Mikrostruktur des Materials beeinflusst werden. Das Beispiel der Aluminiumlegierung AlSi10 Mg zeigt, dass anhand von optimierten Prozessparametern ein zu den konventionell hergestellten Materialien vergleichbares mechanisches Verhalten zu erreichen ist. Aufgrund des sensitiven Verhaltens der mechanischen Eigenschaften gegenüber Änderungen im Fertigungsprozess sind die späteren Bauteile vom Schädigungsverhalten des Materials betroffen. Die vorliegende Arbeit verwendet daher für die numerische Beschreibung des Materialverhaltens von AlSi10 Mg ein gekoppeltes Chaboche-Gurson-Tvergaard-Needleman Modell und implementiert es über eine User Material Subroutine in das FE-Programm Abaqus. Dieser numerische Ansatz ermöglicht die Beschreibung eines ratenabhängigen Materialverhaltens unter Berücksichtigung von Schädigungsmechanismen. Die vorliegende Dissertation entwickelt eine Methodik zur Parameteridentifizierung, die in eine Optimierungsaufgabe übergeht. Zur Verbesserung der Zielfunktion wird das gekoppelte Chaboche-Gurson-Tvergaard-Needleman Modell um thermomechanische Ansätze erweitert. Dadurch können aus thermomechanischen Experimenten neben der Spannungsantwort des Materials auch Temperaturänderungen infolge mechanischer Deformationen erfasst werden. Die Optimierung erfolgt im Mathematikprogramm Matlab, wobei das thermomechanische Modell als adiabatisches System formuliert ist. Für die Realisierung eines annähernd adiabaten Systemzustandes werden Versuche mit hohen Deformationsgeschwindigkeiten integriert. Weiterhin beschäftigt sich diese Arbeit mit der Erweiterung des Gurson-Tvergaard-Needleman Modells um einen Ansatz, der den Einfluss von Schubspannungen auf das Schädigungsverhalten des Materials berücksichtigt. Für die Parameteridentifikation und die Validierung werden Zugversuche, Versuche mit geringen Spannungstriaxialitäten und zyklische Versuche durchgeführt. Die Validierung der optimierten Parameter erfolgt durch FE-Berechnungen. Die Ergebnisse zeigen eine hohe Genauigkeit zur Darstellung des realen Materialverhaltens durch die Simulation. N2 - In the field of structural engineering, additive manufactured materials enable the realisation of complex geometries. In addition, the final microstructure of the material is influenced by the process parameters. The example of the aluminium alloy AlSi10 Mg shows that optimised process parameters can achieve a mechanical behaviour comparable to conventional materials. Based on the sensitive behaviour of the mechanical properties to changes in the manufacturing process, the finished components are affected by the damage behaviour of the material. The present work applies a coupled Chaboche-Gurson-Tvergaard-Needleman model for the numerical description of AlSi10 Mg material behaviour and implements it into the FE program Abaqus with a User Material Subroutine. This numerical approach allows the description of a rate-dependent material behaviour under consideration of damage mechanisms. This dissertation develops a methodology for parameter identification, which transitions into an optimisation task. To improve the objective function, the coupled Chaboche-Gurson-Tvergaard-Needleman model is extended with thermomechanical approaches. This allows capturing temperature changes due to mechanical deformations in addition to the material’s stress response from thermomechanical experiments. The optimisation is performed in the mathematics programme Matlab, with the thermomechanical model formulated as an adiabatic system. For realising a nearly adiabatic system state, experiments with high deformation rates are integrated. In addition, this work addresses the extension of the Gurson-Tvergaard-Needleman model to include an approach that considers the influence of shear stresses on the material’s damage behaviour. For parameter identification and validation, tensile tests, tests with low stress triaxialities, and cyclic tests are conducted. The validation of the optimised parameters is carried out through FE calculations. The results show high accuracy in representing the real material behaviour through the simulation. KW - Thermomechanik KW - Chaboche KW - GTN KW - Schädigung KW - Additive Fertigung KW - Thermomechanics KW - Chaboche KW - GTN KW - Damage KW - Additive Manufacturing KW - Rapid Prototyping KW - Chaboche-Modell KW - Thermomechanik KW - Werkstoff KW - Schädigung Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-68680 ER -