i3D^® Anwendung: Materialdaten für FEM-Simulation

In herkömmlichen FEM-Simulationen wird das Materialverhalten meist durch uniforme Spannungs-Dehnungs-Kurven beschrieben – typischerweise aus Zugversuchen gewonnen. Diese globalen Daten werden auf das gesamte Bauteil übertragen, unabhängig von lokalen Materialunterschieden.

Warum globale Materialmodelle oft unzureichend sind

Diese Vorgehensweise ignoriert reale Materialunterschiede, etwa durch variierende Wanddicken, thermische Einflüsse, Umformzonen oder Gefügeverläufe. Die Folge: Spannungsverteilungen und Versagensrisiken werden ungenau simuliert.

Das i3D^®-Verfahren ermöglicht die Bestimmung ortsaufgelöster plastischer Fließkurven direkt am Bauteil – durch eine Kombination aus 3D-Eindruckvermessung und FEM-basierter Inversberechnung.

Diese lokalen Fließkurven (inkl. Streckgrenze R_p0,2 und Zugfestigkeit R_m) lassen sich punktgenau als Eingabedaten für die Simulation verwenden – für realitätsnahe Materialmodelle.

Praxisbeispiel: FEM-Simulation einer Pleuelstange

Eine Pleuelstange wurde mit zwei Simulationsansätzen analysiert: Globales Modell: Einheitliche Spannungs-Dehnungs-Kurve über das gesamte Bauteil, i3D-Modell: Lokal gemessene Fließkurven aus drei Zonen (A = Bolzenbereich, B = Schaft, C = Lager)

Das i3D-Modell zeigt klar differenzierte Festigkeiten: niedrige Werte in Zone C, mittlere in B und hohe in A – im Einklang mit den lokalen Belastungen. Das Ergebnis: realistischere Spannungsverteilung, verbesserte Vorhersage von Materialversagen und präzisere virtuelle Designentscheidungen.