TY - CHAP A1 - Kubaschinski, Paul A1 - Baruth, Albin A1 - Tetzlaff, Ulrich A1 - Altenbach, Holm A1 - Waltz, Manuela T1 - Untersuchungen zur Ermittlung der zyklischen Kennwerte von dünnem Elektroblech im Rahmen der rechnerischen Lebensdauerabschätzung T2 - Betriebsfestigkeit - Wissensmanagement und Methodenentwicklung entlang der Wertschöpfungskette UR - https://doi.org/10.48447/BF-2022-014 KW - cyclic material properties KW - notch strain approach KW - electrical steel KW - fatigue strength Y1 - 2022 UR - https://doi.org/10.48447/BF-2022-014 SP - 163 EP - 178 ER - TY - JOUR A1 - Kubaschinski, Paul A1 - Gottwalt, Albin A1 - Tetzlaff, Ulrich A1 - Altenbach, Holm A1 - Waltz, Manuela T1 - Modelling and simulation of the hardness profile and its effect on the stress‐strain behaviour of punched electrical steel sheets T1 - Modellierung und Simulation des Härteprofils und dessen Einfluss auf das Spannungs-Dehnungs-Verhalten gestanzter Elektrobleche JF - Materials Science & Engineering Technology N2 - The shear cutting of electrical steel sheets has a significant influence on the magnetic and mechanical material properties. Due to plastic deformation and strain hardening in the area of the punched edge, the electrical steel sheets exhibit a characteristic hardness profile. This study deals with the modelling of the resulting hardness profile by means of finite-element simulations. Elastic-plastic material properties are obtained from spherical nanoindentation testing as a function of the local hardness. In particular, representative stress-strain values are determined by applying Tabor's concept of indentation stress-strain curves. The choice of the appropriate stress- and strain-constraint factors is discussed with respect to the nanoindentation test setup used. Following this, the representative stress-strain values are analytically described to determine true stress-strain curves for the local assignment of different material models depending on the hardness. The implementation of the modelling approach in a finite-element simulation is presented for a punched electrical steel sheet specimen under monotonic loading. The simulation results are basically in good agreement with experimental data and confirm the expected influence on the mechanical material behaviour due to the shear cutting process. N2 - Scherschneiden hat einen wesentlichen Einfluss auf die magnetischen und mechanischen Werkstoffeigenschaften von Elektroblech. Aufgrund plastischer Verformung und Kaltverfestigung im Bereich der Stanzkante weisen Elektroblechschnitte ein charakteristisches Härteprofil auf. Dieses wird in der vorliegenden Arbeit im Rahmen von Finite-Elemente-Simulationen modelliert. Elastisch-plastische Materialeigenschaften werden durch Nanoindentierung mit kugelförmigem Prüfkörper als Funktion der lokalen Härte ermittelt. Dabei handelt es sich um repräsentative Spannungs-Dehnungs- Werte, die sich mithilfe Tabors Konzept aus dem Eindruckversuch bestimmen lassen. Die Wahl geeigneter Spannungs- und Dehnungsproportionalitätsfaktoren wird unter Berücksichtigung des verwendeten Prüfaufbaus diskutiert. Im Anschluss daran erfolgt die analytische Beschreibung der repräsentativen Spannungs-Dehnungs-Werte zur Bestimmung wahrer Spannungs-Dehnungs-Kurven, die basierend auf dem zugehörigen Härtewert zur Zuweisung lokal unterschiedlicher Materialmodelle herangezogen werden. Die Umsetzung des Modellierungsansatzes geschieht für eine gestanzte Elektroblechprobe unter monotoner Beanspruchung. Der Vergleich der Simulationsergebnisse mit experimentellen Daten zeigt grundsätzlich eine gute Übereinstimmung und bestätigt den erwarteten Einfluss des Scherschneidens auf das mechanische Werkstoffverhalten. UR - https://doi.org/10.1002/mawe.202200283 KW - electrical steel KW - hardness distribution KW - material modelling KW - nanoindentation KW - punched edge KW - Elektroblech KW - Härteverteilung KW - Materialmodellierung KW - Nanoindentierung KW - Stanzkante Y1 - 2023 UR - https://doi.org/10.1002/mawe.202200283 UR - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:573-38333 SN - 0933-5137 VL - 54 IS - 4 SP - 512 EP - 526 PB - Wiley CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Kubaschinski, Paul A1 - Gottwalt, Albin A1 - Tetzlaff, Ulrich A1 - Altenbach, Holm A1 - Waltz, Manuela T1 - Calibration of a combined isotropic-kinematic hardening material model for the simulation of thin electrical steel sheets subjected to cyclic loading T1 - Kalibrierung eines Materialmodells für die Simulation von zyklisch beanspruchten dünnen Elektroblechen unter Berücksichtigung kombinierter isotroper-kinematischer Verfestigung JF - Materials Science & Engineering Technology JF - Materialwissenschaft und Werkstofftechnik N2 - The combined isotropic-kinematic hardening model enables the description of the cyclic transient elastic-plastic material behaviour of steel. However, the determination of the material model parameters and understanding of their influence on the material response can be a challenging task. This study deals with the individual steps of the material model calibration for the simulation of thin electrical steel sheets under cyclic loading. Specific recommendations are made for the determination of kinematic and isotropic hardening material parameters. In particular, the isotropic hardening evolution is described by Voce's exponential law and a simple multilinear approach. Based on the multilinear approach, which allows for different slopes in the evolution of the yield surface size, an alternative calibration of the isotropic hardening component is proposed. As a result, the presence of the yield plateau in the first half cycle can be accurately captured, while convergence issues in the material model definition for numerical simulations can be avoided. The comparison of simulated load cycles with experimental cyclic tests shows a good agreement, which indicates the suitability of the proposed material model calibration for electrical steel. N2 - Die Berücksichtigung kombinierter isotroper-kinematischer Verfestigung ermöglicht die Beschreibung und Modellierung des transienten elastisch-plastischen Werkstoffverhaltens von Stahl. Die Ermittlung der zugrunde liegenden Materialparameter und das Verständnis für deren Einfluss auf die Materialantwort stellt jedoch häufig eine anspruchsvolle Aufgabe dar. In der vorliegenden Arbeit wird auf die einzelnen Schritte bei der Kalibrierung des Materialmodells im Rahmen einer Simulation von zyklisch beanspruchten dünnen Elektroblechen eingegangen. Dabei werden konkrete Empfehlungen für die Ermittlung der kinematischen und isotropen Verfestigungsparameter gegeben. Die Evolutionsgleichung der isotropen Verfestigung wird sowohl durch einen Exponentialansatz nach Voce als auch durch einen einfachen multilinearen Ansatz beschrieben. Basierend auf dem multilinearen Ansatz, der unterschiedliche Steigungen in der Evolution der Fließfläche ermöglicht, wird eine alternative Kalibrierung der isotropen Komponente vorgeschlagen. Dadurch kann das auftretende Fließplateau im ersten Halbzyklus präzise erfasst werden, während Konvergenzprobleme des Materialmodells vermieden werden. Der Vergleich von simulierten Belastungszyklen mit experimentellen Daten zeigt eine gute Übereinstimmung, was für die Eignung des vorgeschlagenen Kalibrierungsprozesses für Elektroblech spricht. UR - https://doi.org/10.1002/mawe.202100341 KW - cyclic plasticity KW - material model KW - combined hardening KW - finite-element simulation KW - electrical steel KW - zyklische Plastizität KW - Materialmodell KW - kombinierte Verfestigung KW - Finite-Elemente-Simulation KW - Elektroblech Y1 - 2022 UR - https://doi.org/10.1002/mawe.202100341 UR - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:573-22478 SN - 1521-4052 VL - 53 IS - 4 SP - 422 EP - 439 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER -