Forming simulation of high-strength steels with direction-specific hardening modelling

The behaviour of mild steels is described very well in today's forming simulation. But advaneed high strength steels, especially those exhibiting induced plasticity (TRIP and TWIP steels), may show an anisotropic hardening behaviour [1] that is hardly covered by the commonly used material models. The company MATFEM offers the user material model MF Generalized Yield [2], which allows for that anisotropic hardening. In order to evaluate the usability of this model for sheet forming simulation, results of real forming experiments were compared to simulation results gained with and without the consideration or anisotropic hardening. Each hardening model was combined with a Hill 48 [3] yield locus. It can be seen that the anisotropic model delivers quite an improvement in some areas, but that this is not true in all areas of the formed part. The punch force prediction is better using the anisotropic model, but still there is no exact match with the experimental results. Overall, the model represents a very interesting concept with high potential, but still some problems. The data acquisition and treatment is very extensive and there are nearly no standardized experiments beyond the uniaxial tensile test to get the needed in formation about the hardening behaviour of the material. This fact, in combination with insufficient validation or the benefits of the model up to now, inhibits the usage of the model in productive simulation. But for special problems, the model delivers an attractive alternative for further yield locus optimizations.

---

Obecnie w symulacjach kształtowania bardzo dobrze jest opisane zachowanie miękkich stali. Niestety wysokowytrzymale stale (stale TRIP i TWIP), mogą wykazywać anizotropowy sposób umocnienia, co powoduje, że źle są opisywane przez stosowane modele materiałów. Przedsiębiorstwo MATFEM oferuje użytkownikowi model materiału, który uwzględnia także anizotropowe umocnienie. Aby ocenić użyteczność tego modelu do symulacji kształtowania blach, wyniki rzeczywistych eksperymentów zostały porównane z wynikami symulacji uzyskanymi z uwzględnieniem i bez uwzględnienia anizotropowego sposobu umocnienia. Każdy model został połączony z warunkiem plastyczności Hilla 48. Wykazano, że anizotropowy model dostarcza znaczną poprawę wyników tylko w pewnych obszarach kształtowanej części. Prognozowanie siły stempla jest lepsze przy zastosowaniu modelu anizotropowego, ale nadal dokładność dopasowania do wyników eksperymentu rzeczywistego jest ograniczona. Obecnie poza próbą jednoosiowego rozciągania nie ma prawie żadnych prób do badania sposobu umacniania się materiału. Niestety, fakty te w połączeniu z niedostatecznym uzasadnieniem korzyści modelu hamują stosowanie jego w symulacjach dotyczących procesów produkcyjnych. Dla wybranych problemów, przedstawiony model jest atrakcyjny ze względu na możliwość optymalizacji powierzchni plastyczności.