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Stahl-Materialdatenbank von Tata Steel

Passende Daten für Umform- und Crash-Simulationen

Liegen Materialdaten nicht intern vor, gelangen Unternehmen oft nur schwierig an passende Daten. Eine Online-Datenbank des Stahlunternehmens Tata Steel soll Simulationsexperten präzise Stahl-Materialdaten an die Hand geben.

Tata Steel unterstützt Kunden bei der Verbesserung der Pressenleistung, z. B. durch die Simulation von alternativen Materialien oder Konstruktionen. (Bild: Tata Steel)

Tata Steel unterstützt Kunden bei der Verbesserung der Pressenleistung, z. B. durch die Simulation von alternativen Materialien oder Konstruktionen. (Bild: Tata Steel)

Verantwortliche im Automotive Design, in der Materialzulassung oder der Crashtest-Simulation stehen oft vor der Herausforderung, etwa die Eigenschaften und das Verhalten von Stahlblechen für Rohkarosserie einzuschätzen und vorherzusagen. Simulationen mittels Software können dabei helfen, verschiedene Materialszenarien und Produktions-Setups mit verschiedenen Parametern durchzuspielen, zu bewerten und kritische Teile des Designs zu identifizieren und zu ändern. Je treffgenauer die Simulationen in der Design-Phase sind, umso reibungsloser und effizienter gestalten sich die weiteren Entwicklungs- und Vorproduktionsphasen bis hin zum eigentlichen Produktionsstart: Realistische Simulationen beschleunigen die Design- und CAE-Phase. Sie können sehr dazu beitragen, die Zeit für Werkzeugbau und Prototype-Testing zu verkürzen, weil durch realistische Simulationsergebnisse die Notwendigkeit für Nacharbeiten reduziert werden und sich dadurch gesamte Prozess beschleunigt. Ein Zeitgewinn, der einen deutlichen Wettbewerbsvorteil bringen.

Nicht nur die Software muss passen

Für treffgenaue Simulationen werden neben einer Simulationssoftware auch realistische Materialdaten benötigt, damit Umform- oder Crash-Simulationen für Stahlteile präzise durchgerechnet werden können. Für bekannte Szenarien verfügen Unternehmen oft über interne Datensätze. Dies ist sinnvoll, wenn der Serienmateriallieferant zum Zeitpunkt der Durchführbarkeitssimulationen noch nicht bekannt ist. Sollen neue Materialien zum Einsatz kommen, fehlen diese Datensätze jedoch. Und auch wenn Simulationsergebnisse nicht den Erwartungen entsprechen, kann die Verwendung eines alternativen Datensatzes oder das Ausprobieren einer Materialkarte mit einem anderen Materialmodell oder einer anderen Dehnungsrate das Experimentieren, Lernen und die Verbesserung der Simulationsergebnisse ermöglichen.

Woher die Daten nehmen?

Als Quellen für diese Materialdaten nutzen Verantwortliche unterschiedliche Möglichkeiten.

  • • Sie fragen die benötigten Daten direkt bei ihren Stahllieferanten an. Jedoch kann es einige Zeit dauern, die richtige Person sowie deren Zustimmung zu finden.
  • • Sie kaufen die Daten bei kommerziellen Materialdatenbanken ein. Dies hat jedoch oft seinen Preis und die Daten sind oft sehr allgemein und oberflächlich.
  • • Sie nutzen Datenpakete, die über den Anbieter der Simulationssoftware bereitgestellt wird. Diese stammen meist von den Stahlherstellern und repräsentieren daher die Werkstoffeigenschaften recht gut. Allerdings sind sie nur im Paket mit dem entsprechenden Simulationssystem zu haben und enthalten möglicherweise nicht die Güteklassen, die benötigt werden.

In der Praxis nutzen Unternehmen oft eine Kombination dieser Quellen, was für die Verantwortlichen oft einen aufwändigen Prozess darstellt. Mit Blick auf Umfang und Qualität der bereitgestellten Daten sowie hinsichtlich Verfügbarkeit und Kosten erscheinen alle genannten Ansätze nicht optimal.

Das Beispiel einer FEM-Simulation der Türinnenseite unter Verwendung von Daten aus Aurora Online im Vergleich zu gemessenen Dehnungen zeigt eine gute Übereinstimmung, was die Genauigkeit der Simulation belegt. (Bild: Tata Steel)

Das Beispiel einer FEM-Simulation der Türinnenseite unter Verwendung von Daten aus Aurora Online im Vergleich zu gemessenen Dehnungen zeigt eine gute Übereinstimmung, was die Genauigkeit der Simulation belegt. (Bild: Tata Steel)

Was Unternehmen benötigen

Unternehmen benötigen eine Materialdatenbank, die Verantwortliche jederzeit als Quelle für Eigenschaften verschiedener Stahlsorten nutzen können – als Rohdaten in Excel oder als Ready-to-Run Werkstoffkarten, kompatibel mit gängiger Simulationssoftware. Die verfügbaren Materialdaten sollten dabei eine breite Palette von Stahlsorten abdecken – angefangen von grundlegenden Daten wie chemischer Zusammensetzung und mechanische Eigenschaften über Daten zur Plastizität wie Härtung, Fließkurven oder Verformungsgrenzen sowie Fügungsdaten bis hin zu Leistungsdaten für die Scherschwankung oder Ermüdung. Darüber hinaus braucht es Materialmodelle, die die Werkstoffe realistisch abbilden und dadurch Simulationen präziser machen.

Online-Materialdatenbank

Tata Steel sammelt Materialdaten systematisch aus der eigenen Produktion, bereitet diese auf und pflegt sie. In seiner Materialdatenbank Aurora Online stellt das Unternehmen seinen Kunden solche Daten für ihre Simulationen als Rohdaten oder Ready-to-Run Werkstoffkarten zur Verfügung. Darüber hinaus entwickelt Tata Steel mit seiner Expertise Materialmodelle weiter, um Simulationen weiter zu präzisieren. So hat das Unternehmen mit Vegter 2017 etwa ein validiertes Materialmodell für die Vorhersage von Fließkurven entwickelt, das die Realität besser abbildet als das klassische Hill-48-Modell und deshalb bereits als Standardmodell in eine Vielzahl von Simulationssystemen aufgenommen wurde. Unternehmen können so die Qualität ihrer Simulationen verbessern und alle Phasen bis zur Produktion effizienter, schneller und kostengünstiger gestalten.


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