Op weg naar een praktisch technisch hulpmiddel voor de inverse kalibratie van het plastische gedrag van plaatmetaal

Plaatbewerking wordt veelvuldig toegepast in diverse industrieën, waaronder de auto- en luchtvaartindustrie. Modern mechanisch ontwerp van dunwandige producten en structuren worden gedreven door steeds strengere prestatie-eisen, met als doel het verminderen van energie- en grondstoffenverbruik. Bij het optimaliseren van ontwerpen en het voorspellen van falen bij dunwandige metalen producten wordt sterk vertrouwd op numerieke simulaties. Een cruciaal element voor nauwkeurige simulaties is de precieze replicatie van fysiek materiaalgedrag met behulp van geavanceerde plasticiteitsmodellen.

Traditionele benaderingen voor het kalibreren van dergelijke materiaalmodellen, die steunen op standaard materiaal testen, omvatten vaak complexe, trage, dure en intensieve experimentele campagnes. De integratie van full field metingen, inverse identificatietechnieken en heterogene mechanische testen voor de kalibratie van materiaalmodellen heeft geleid tot het concept van Material Testing 2.0 (MT2.0), dat het potentieel heeft om de toegenomen kalibratie-inspanning te verminderen.

In dit doctoraat wordt de haalbaarheid van het gebruik van het MT2.0-concept om het plastisch materiaalgedrag van metaalplaat te kalibreren onderzocht. Het startpunt is het ontwerp van een complexe trektest door vormoptimalisatie om de heterogeniteit van de rekvelden te maximaliseren. Er werd een positieve correlatie gevonden tussen de indicator van rek-heterogeniteit en identificeerbaarheid voor relatief eenvoudige anisotrope vloeicriteria. Voor meer geavanceerde anisotrope vloeicriteria, zoals het Yld2000-2d vloeicriterium, wordt aangetoond dat twee niet-conventionele tests (uniaxiaal en biaxiaal) en een weight-based FEMU (Finite Element Model Updating) methode nodig zijn om de anisotropie parameters invers te identificeren. De resultaten geven aan dat het combineren van de twee MT2.0 testen identificatieresultaten oplevert die vergelijkbaar zijn met de traditionele kalibratie, die 17 conventionele experimenten omvatte.

Tot slot is er gebruiksvriendelijke software voor inverse identificatie ontwikkeld, waarin verschillende essentiële componenten van het MT2.0-concept zijn geïntegreerd. Dit wordt als essentieel beschouwd voor de brede acceptatie van het MT2.0-concept in de industrie.