Simulationstechniken in der Umformtechnik I Methoden der virtuellen Produktion IIModellierung und Simulation mit LS-DYNAProf. Dr.-Ing. A. Erman Tekkaya Dr.-Ing. habil. Sami Chatti Dipl.-Ing. Frank Steinbach M.Sc. O. Koray DemirWintersemester 2010/11WS 10/11 Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA 9.0
Inhalt der VorlesungVL09 Modellierung und Simulation mit LS-DYNA 9.1 Elementtypen 9.2 Materialmodelle 9.3 Anfangs- und Randbedingungen 9.4 Belastung 9.5 Kontakt 9.6 Umformsimulation mit LS-DYNA
WS 10/11
Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
9.1
Inhalt der VorlesungVL09 Modellierung und Simulation mit LS-DYNA 9.1 Elementtypen 9.2 Materialmodelle 9.3 Anfangs- und Randbedingungen 9.4 Belastung 9.5 Kontakt 9.6 Umformsimulation mit LS-DYNA
WS 10/11
Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
9.2
ElementtypenVorgegeben: Die Geometrie des zu lsenden Problems Wie (mit welchen Elementen) soll ich die Geometrie in meiner Simulation darstellen?
Kontinuumselemente Ebener Spannungszustand Ebener Verformungszustand Axialsymmetrie 3D
Strukturelemente Massenelemente Kabelelemente Trusselemente Stabelemente Schalenelemente Membranelemente
Ein-dimensionalWS 10/11
Zwei-dimensional
Drei-dimensional9.3
Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
Elementtypen3D Kontinuumselemente
*SECTION_SOLID
WS 10/11
Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
9.4
Elementtypen3D Kontinuumselemente
WS 10/11
Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
9.5
Elementtypen2D Kontinuumselemente3D-modell:
2D-modell:
tPlane-stress-Elemente, wenn t klein ist, Plane-strain-Elemente, wenn t gro ist
*SECTION_SHELL
Plane-strainWS 10/11
Plane-stress Tiefe zustzlich angegeben durch *SECTION_SHELL9.6
Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
Elementtypen2D KontinuumselementeAxialsymmetrie: *SECTION_SHELL
WS 10/11
Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
9.7
ElementtypenStrukturelementeSchalenelemente:Stempel Niederhalter
*CONTROL_CONTACT
Vernetzung
Blech MatrizeWS 10/11
Dicke muss zustzlich angegeben werden9.8
Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
ElementtypenStrukturelementeSchalenelemente: Dicke zustzlich angegeben durch *SECTION_SHELL Translatorische und rotatorische Freiheitsgrade
WS 10/11
Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
9.9
Elementtypen
WS 10/11
Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
9.10
Elementtypen200 Radiale Spannung
Alle Werte in MPa
Axiale Spannung -185 125 Tangentiale Spannung
-210 -30WS 10/11 Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
135
9.11
ElementtypenStrukturelementeKabelelement und Trusselement: *SECTION_DISCRETE Nur translatorische Freiheitsgrade
Stabelement: *SECTION_BEAM
Translatorische und rotatorische Freiheitsgrade
WS 10/11
Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
9.12
ElementtypenStrukturelementeStabelemente Stabelemente
Truss-elemente
Kabelelemente
Truss-elementeWS 10/11 Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA 9.13
ElementtypenStrukturelementeMassenelemente *ELEMENT_MASS Massenelemente
WS 10/11
Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
9.14
Inhalt der VorlesungVL09 Modellierung und Simulation mit LS-DYNA 9.1 Elementtypen 9.2 Materialmodelle 9.3 Anfangs- und Randbedingungen 9.4 Belastung 9.5 Kontakt 9.6 Umformsimulation mit LS-DYNA
WS 10/11
Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
9.15
MaterialmodelleWie wird sich mein Part verhalten? Wie (mit welchem Materialmodell) soll ich dieses Verhalten darstellen? - Starre Objekte - Lineare Elastizitt - Isotropische Plastizitt - Dehnratenabhngigkeit - Temperaturabhngigkeit Gebrauchte Kennwerte: - Initiale Anisotropie Dichte r - Anisotropische Verfestigung Elastizittsmodul EPoissonszahl n *MAT_RIGIDWS 10/11 Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA 9.16
MaterialmodelleWie wird sich mein Part verhalten? Wie (mit welchem Materialmodell) soll ich dieses Verhalten darstellen? - Starre Objekte - Lineare Elastizitt - Isotropische Plastizitt - Dehnratenabhngigkeit - Temperaturabhngigkeit Gebrauchte Kennwerte: - Initiale Anisotropie Dichte r - Anisotropische Verfestigung Elastizittsmodul EPoissonszahl n *MAT_RIGIDWS 10/11 Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA 9.17
MaterialmodelleWie wird sich mein Part verhalten? Wie (mit welchem Materialmodell) soll ich dieses Verhalten darstellen? - Starre Objekte - Lineare Elastizitt - Isotropische Plastizitt - Dehnratenabhngigkeit - Temperaturabhngigkeit Gebrauchte Kennwerte: - Initiale Anisotropie Dichte r - Anisotropische Verfestigung Elastizittsmodul EPoissonszahl n *MAT_RIGIDWS 10/11 Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA 9.18
MaterialmodelleWie wird sich mein Part verhalten? Wie (mit welchem Materialmodell) soll ich dieses Verhalten darstellen? - Starre Objekte - Lineare Elastizitt - Isotropische Plastizitt - Dehnratenabhngigkeit - Temperaturabhngigkeit Gebrauchte Kennwerte: - Initiale Anisotropie Dichte r - Anisotropische Verfestigung Elastizittsmodul EPoissonszahl n *MAT_ELASTICWS 10/11 Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA 9.19
MaterialmodelleWie wird sich mein Part verhalten? Wie (mit welchem Materialmodell) soll ich dieses Verhalten darstellen? - Starre Objekte - Lineare Elastizitt - Isotropische Plastizitt - Dehnratenabhngigkeit - Temperaturabhngigkeit Gebrauchte Kennwerte: - Initiale Anisotropie Dichte r - Anisotropische Verfestigung Elastizittsmodul EPoissonszahl n
WS 10/11
Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
9.20
MaterialmodelleWie wird sich mein Part verhalten? Wie (mit welchem Materialmodell) soll ich dieses Verhalten darstellen?
s- Starre Objekte - Lineare Elastizitt E - Isotropische Plastizitt - Dehnratenabhngigkeit - Temperaturabhngigkeit Gebrauchte Kennwerte: - Initiale Anisotropie Dichte r - Anisotropische Verfestigung Elastizittsmodul EPoissonszahl n *MAT_ELASTICWS 10/11 Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA 9.21
j
MaterialmodelleWie wird sich mein Part verhalten? Wie (mit welchem Materialmodell) soll ich dieses Verhalten darstellen?
s- Starre Objekte - Lineare Elastizitt - Isotropische Plastizitt - Dehnratenabhngigkeit - Temperaturabhngigkeit - Initiale Anisotropie - Anisotropische VerfestigungE
j
*MAT_POWER_LAW_PLASTICITY *MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITYWS 10/11 Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA 9.22
MaterialmodelleWie wird sich mein Part verhalten? Wie (mit welchem Materialmodell) soll ich dieses Verhalten darstellen?
sFliekurve - Starre Objekte - Lineare Elastizitt - Isotropische Plastizitt - Dehnratenabhngigkeit jp - Temperaturabhngigkeit Gebrauchte Kennwerte: - Initiale Anisotropie Dichte r - Anisotropische Verfestigung Elastizittsmodul E Poissonszahl n *MAT_POWER_LAW_PLASTICITY *MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITYWS 10/11 Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA 9.23
MaterialmodelleWie wird sich mein Part verhalten? Wie (mit welchem Materialmodell) soll ich dieses Verhalten darstellen?
s
- Starre Objekte jp=0,00001s-1 - Lineare Elastizitt - Isotropische Plastizitt Fliekurven - Dehnratenabhngigkeit jp - Temperaturabhngigkeit Gebrauchte Kennwerte: - Initiale Anisotropie Dichte r - Anisotropische Verfestigung Elastizittsmodul EPoissonszahl n *MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY *MAT_JOHNSON_COOKWS 10/11 Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
jp=100s-1 jp=10s-1 jp=1s-1
9.24
MaterialmodelleWie wird sich mein Part verhalten? Wie (mit welchem Materialmodell) soll ich dieses Verhalten darstellen?
s
- Starre Objekte - Lineare Elastizitt - Isotropische Plastizitt Fliekurven - Dehnratenabhngigkeit jp - Temperaturabhngigkeit Gebrauchte Kennwerte: - Initiale Anisotropie Dichte r - Anisotropische Verfestigung Elastizittsmodul EPoissonszahl n *MAT_STRAIN_RATE_DEPENDENT_PLASTICITY *MAT_JOHNSON_COOKWS 10/11 Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
T=300C T=200C T=100C T=24C
9.25
MaterialmodelleWie wird sich mein Part verhalten? Wie (mit welchem Materialmodell) soll ich dieses Verhalten darstellen? - Starre Objekte - Lineare Elastizitt - Isotropische Plastizitt - Dehnratenabhngigkeit - Temperaturabhngigkeit Gebrauchte Kennwerte: - Initiale Anisotropie Dichte r - Anisotropische Verfestigung Elastizittsmodul E*MAT_HILL_3R *MAT_BARLAT_YLD96WS 10/11
Poissonszahl n Anisotropiekennwerte nach dem ausgewhlten Modell (Hill, Barlat, )9.26
Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
MaterialmodelleWie wird sich mein Part verhalten? Wie (mit welchem Materialmodell) soll ich dieses Verhalten darstellen? - Starre Objekte - Lineare Elastizitt - Isotropische Plastizitt - Dehnratenabhngigkeit - Temperaturabhngigkeit Gebrauchte Kennwerte: - Initiale Anisotropie Dichte r - Anisotropische Verfestigung Elastizittsmodul E*MAT_PLASTIC_KINEMATICWS 10/11
Poissonszahl n Anisotropische Verfestigungsparameter9.27
Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
Inhalt der VorlesungVL09 Modellierung und Simulation mit LS-DYNA 9.1 Elementtypen 9.2 Materialmodelle 9.3 Anfangs- und Randbedingungen 9.4 Belastung 9.5 Kontakt 9.6 Umformsimulation mit LS-DYNA
WS 10/11
Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
9.28
Anfangs- und RandbedingungenUm das Modell zu vereinfachen*BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTIONMesslnge
Vorgeschriebene Bewegung Randbedingung: Waagerecht befestigte Knoten
Bolzen
Waagerecht befestigte KnotenWS 10/11
Vorderbolzen wird von einem Gewicht gezogen9.29
Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
Anfangs- und RandbedingungenFr Symmetrie
WS 10/11
Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
9.30
RandbedingungenAusgangsgeschwindigkeit*INITIAL_VELOCITY
WS 10/11
Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
9.31
Inhalt der VorlesungVL09 Modellierung und Simulation mit LS-DYNA 9.1 Elementtypen 9.2 Materialmodelle 9.3 Anfangs- und Randbedingungen 9.4 Belastung 9.5 Kontakt 9.6 Umformsimulation mit LS-DYNA
WS 10/11
Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
9.32
BelastungBelastungen: Vorgegebene Bewegung Kraft (und Druck) Jede Belastung muss eine Funktion der Zeit sein Belastung
ZeitWS 10/11 Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA 9.33
BelastungStarre Parts: Bewegung*BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION_RIGID
Kraft (F = m * a)*LOAD_RIGID_BODY
Verformbare Objekte: Bewegung (Knoten, Parts)*BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION_SET
Kraft (Knoten, Parts)*LOAD_NODE_SET
Druck (Segmente)*LOAD_SEGMENTWS 10/11 Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA 9.34
BelastungStarrer Stempel Bewegung Starrer Niederhalter Kraft
Starre Matrize
Festgesetzt
WS 10/11
Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
9.35
BelastungBewegung Stempel
Niederhalter
Kraft Matrize Randbedingung
WS 10/11
Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
9.36
BelastungDruck
WS 10/11
Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
9.37
Inhalt der VorlesungVL09 Modellierung und Simulation mit LS-DYNA 9.1 Elementtypen 9.2 Materialmodelle 9.3 Anfangs- und Randbedingungen 9.4 Belastung 9.5 Kontakt 9.6 Umformsimulation mit LS-DYNA
WS 10/11
Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
9.38
KontaktDer Penalty-AlgorithmusF=k*d
F
k = Kontaktsteifigkeit
d = Eindringen zw. Flchen
d
k
WS 10/11
Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
9.39
KontaktVerschiedene Kontakttypen *CONTACT_NODES_TO_SURFACE Knoten der Slave-Seite werden berprft, ob sie in die Segmente der Master-Seite eindringen
*CONTACT_SURFACE_TO_SURFACE Knoten der Slave-Seite werden berprft, ob sie in die Segmente der Master-Seite eindringen Knoten der Master-Seite werden berprft, ob sie in die Segmente der Slave-Seite eindringen
*CONTACT_AUTOMATIC_ Die beiden Seiten eines Shell-Elements werden betrachtet
*CONTACT_FORMING Geeigneter Kontakt-Algorithmus fr Blechumformsimulationen
WS 10/11
Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
9.40
Inhalt der VorlesungVL09 Modellierung und Simulation mit LS-DYNA 9.1 Elementtypen 9.2 Materialmodelle 9.3 Anfangs- und Randbedingungen 9.4 Belastung 9.5 Kontakt 9.6 Umformsimulation mit LS-DYNA
WS 10/11
Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
9.41
Umformsimulation mit LS-DYNAZeitschritt Im Vergleich zur impliziten Methode ist die Berechnungszeit fr einen Schritt viel krzer bei der expliziten Methode. Dafr muss allerdings ein Problem in viel mehr Schritte unterteilt werden.Elementkantenlnge
te
Le Ce
Schallgeschwindigkeit in dem Material Fr ein Problem, das eine Sekunde dauert, werden 5.000.000 Berechnungsschritte gebraucht!9.42
Annahme
te,min
Le 1mm 0, 2s Ce 5000m/sUngefhr Fr Stahl
WS 10/11
Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
Umformsimulation mit LS-DYNAZeitschritt Deswegen ist die explizite Methode geeignet fr Dynamische Probleme Probleme, in denen die Beanspruchungswellen untersucht werden sollen Schwierige Kontaktprobleme
und nicht geeignet fr Statische Probleme Quasistatische Probleme und dynamische Probleme, die zu lange dauern Wie simulieren wir denn die Umformprobleme explizit mit LS-Dyna?
WS 10/11
Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
9.43
Umformsimulation mit LS-DYNAUmformgeschwindigkeit Wird knstlich stark erhht, um die Rechenzeit zu reduzieren Stempelgeschwindigkeit 5 m/s Blechumformung
0,5 sWS 10/11 Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
Zeit9.44
Umformsimulation mit LS-DYNANiederhalterkraft muss auch eine Funktion der Zeit sein Kraft Blechumformung 50 kN
0,5 sWS 10/11
Zeit9.45
Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
Umformsimulation mit LS-DYNAOszillationen Sie knnen vorkommen, wenn die knstliche Umformgeschwindigkeit zu gro ist
WS 10/11
Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
9.46
Umformsimulation mit LS-DYNAberprfung der kinetischen Energie Das Verhltnis Kinetische Energie/Umformenergie darf nicht zu gro sein
Energie
Umformenergie Kinetische Energie
Stempelweg
WS 10/11
Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
9.47
Umformsimulation mit LS-DYNASensitivittsanalyse
Der gesuchte Parameter
Anzahl der Elemente, Stempelgeschwindigkeit,
WS 10/11
Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
9.48
Umformsimulation mit LS-DYNAMaterialmodell Das Materialverhalten bei den realen Geschwindigkeiten wird dargestellt, obwohl die simulierte Geschwindigkeit knstlich erhht ist Dmpfung Kann benutzt werden, um unerwnschte Oszillationen zu vermeiden
WS 10/11
Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
9.49
Umformsimulation mit LS-DYNAMass Scaling
Elastisches Werkzeug
Elementkantenlnge
te WS 10/11
Le Ce
Ce E
r
r
te9.50
Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
Umformsimulation mit LS-DYNAAdaptive Remeshing
WS 10/11
Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
9.51
Umformsimulation mit LS-DYNA
WS 10/11
Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
9.52
Umformsimulation mit LS-DYNA
WS 10/11
Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
9.53
LiteraturLSTC LSTC LSTC, DYNAmore Klein, B.: Nasdala, L.: keyword users manual (www.dynasupport.com/manuals) theory manual (www.dynasupport.com/manuals) Beispiele unter www.dynaexamples.com FEM. Grundlagen und Anwendungen der Finite-ElementeMethode. Vieweg-Verlag, 2007. ISBN 978-3-8348-0296-5. FEM-Formelsammlung Statik und Dynamik. Vieweg + Teubner, 2010. ISBN 978-3-8348-0980-3.
WS 10/11
Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
9.54
LS-DYNA Keyword Format
WS 10/11
Simulationstechniken in der Umformtechnik I Modellierung und Simulation mit LS-DYNA
9.55