ParaFit - Parameteranpassung anhand bauteilnaher Probekörper

Die Qualität und Aussagekraft von FEM-Simulationen technischer Bauteile wird durch die Eignung sowohl der verwendeten Stoffgesetze als auch der zugeordneten Materialparameter limitiert.
 
Ein für die industrielle Anwendung geeignetes Materialmodell ist nicht unbedingt eine möglichst genaue und vollständige Nachbildung des realen Werkstoffverhaltens. Vielmehr bedingt die Praxistauglichkeit eines Stoffgesetzes einen ausgewogenen Kompromiss zwischen problemspezifischen Anforderungen an Geltungsbereich, Genauigkeit und Eigenschaftskombination der Materialbeschreibung auf der einen Seite und wirtschaftlichen Beschränkungen bezüglich erforderlicher Computerkapazitäten und Berechnungszeiten auf der anderen Seite.

Die Anpassung der entsprechenden Materialparameter wird in den häufigsten Fällen mithilfe von homogenen Versuchen an Laborprüfkörpern realisiert. Allerdings haben technische Bauteile und zugehörige Laborprüfkörper in der Regel sehr verschiedene Geometrien und werden zudem häufig in unterschiedlicher Weise hergestellt. Dies bedingt in vielen Fällen gravierende Abweichungen im Materialverhalten. Bauteilsimulationen mit Stoffgesetzen, die an Messungen an solchen Prüfkörpern angepasst wurden, sind somit bereits von vornherein fehlerbehaftet.

Kernziel des Forschungsvorhabens ist die Realisierung eines für die industrielle Nutzung geeigneten Computerprogramms zur Identifikation von Stoffgesetzparametern, das die effiziente Verwendung von Messdaten aus Versuchen an bauteilnahen Prüfkörpern mit inhomogen verteilten Spannungen und Verzerrungen ermöglicht. Auf diesem Weg werden die oben genannten Nachteile der Beschränkung auf homogene Referenzmessungen vermieden, und es eröffnet sich die Möglichkeit, spezifische Besonderheiten von Produktgruppen und Belastungsprozessen bei der Anpassung der Stoffgesetze zu berücksichtigen. Die mit diesem Ansatz unweigerlich einhergehende Erhöhung der Rechenzeiten ist beim Leistungsumfang heutiger Standardcomputer von untergeordneter Bedeutung, sofern das Potential effizienter Algorithmen und geschickter Programmierung voll ausgeschöpft wird.

16886_ ParaFit - Parameter adjustment using test specimens close to the component

The quality and informative value of FEM simulations of technical components is limited by the suitability of both the material laws used and the assigned material parameters.
 
A material model suitable for industrial application is not necessarily the most accurate and complete simulation of real material behavior. Rather, the practical suitability of a material law requires a balanced compromise between problem-specific requirements regarding the scope, accuracy and combination of properties of the material description on the one hand and economic restrictions regarding the required computer capacities and calculation times on the other.

In most cases, the corresponding material parameters are adjusted using homogeneous tests on laboratory test specimens. However, technical components and associated laboratory test specimens usually have very different geometries and are also often manufactured in different ways. In many cases, this causes serious deviations in material behavior. Component simulations with material laws that have been adapted to measurements on such test specimens are therefore prone to errors from the outset.

The core objective of the research project is the realization of a computer program suitable for industrial use for the identification of material law parameters, which enables the efficient use of measurement data from tests on test specimens close to components with inhomogeneously distributed stresses and distortions. In this way, the above-mentioned disadvantages of the restriction to homogeneous reference measurements are avoided, and the possibility is opened up to take into account specific characteristics of product groups and loading processes when adapting the material laws. The inevitable increase in computing times associated with this approach is of secondary importance given the performance of today's standard computers, provided that the potential of efficient algorithms and clever programming is fully exploited.