Framework zur virtuellen Kalibrierung von FE-Simulationen mittels Kraft- und Dehnungsmessungen

Abstract

Durch den Einsatz neuartiger Werkstoffe in verschiedenen Entwicklungsprojekten entsteht ein hoher Aufwand im Bezug auf die Charakterisierung dieser Werkstoffe. Um das Verhalten eines Bauteils bestehend aus einem neuartigen Material frühzeitig zu untersuchen, werden Finite-Elemente-Simulationen eingesetzt, welche den Werkstoff über ein Materialmodell abbilden. Für die Erstellung eines derartigen Materialmodelles, werden mehrere Parameter benötigt, die über das Verhalten des Materials in realen Tests ermittelt werden, was zu einem hohen Aufwand führt. Dieser Aufwand soll reduziert werden, indem das Verhalten der Simulation iterativ an das Verhalten einer realen Probe hin optimiert wird. Wenn über diese Methode mehrere Parameter simultan bestimmt werden können, wird der Messaufwand an realen Proben minimiert. Über neuartige Prüfkörpergeometrien, sowie neuartige Testaufbauten soll dies erreicht werden. Durch den Einsatz von Technologien wie Digital Image Correlation können entstehende Verschiebungsund Dehnungsfelder auf einem Prüfkörper ausgewertet werden und somit mehr Daten pro Testlauf aquiriert werden. Um zu bewerten, wie viele Parameter und wie deutlich diese mit dem Einsatz eines Prüfkörpers bestimmt werden können, wurden in vorhergehenden Arbeiten Sensitivitätstools entwickelt. Diese Tools bewerten die Sensitivität aller Parameter, treffen also eine Annahme, wie leicht diese über den Ansatz einer Optimierung zu identifizieren sind. Dabei kann die Sensitivität über die Kraft-Weg-Kurve oder Verschiebungs- und Dehnungsfelder bestimmt und dargestellt werden. In dieser Arbeit werden die bestehenden Sensitivitätstools angepasst und vereint, sodass mit einer einzelnen Berechnung alle Auswertungen durchgeführt werden können. Außerdem werden weitere Untersuchungen angestellt, um das Verhalten dieses Sensitivitätstools und der darauf folgenden Identifizierung besser zu verstehen. Dafür werden mehrere Tests an unterschiedlichen Prüfkörpern wie einer Lochprobe oder einem Omega-Prüfkörper durchgeführt, sowie Erweiterungen, wie beispielsweise ein Tool zur Visualisierung von Schädigungen im Prüfkörper, aufgestellt. Aufbauend auf die Sensitivitätsanalysen der Lochprobe werden ebenfalls virtuelle Identifizierungen ausgeführt, bei welchen bis zu vier Parameter mit einem mittleren Fehler von unter 2.5% simultan identifiziert werden konnten.