A multi-mechanism model for cutting simulations combining asymmetric effects and gradient phase transformations

Um die Weißschichtbildung und verschiedene Mechanismen im Hochgeschwindigkeitszerspanen zu untersuchen, wird ein Mehrmechanismenmodell (MMM) für Zerspansimulation entwickelt, wobei asymmetrische Visko-Plastizität, Phasenumwandlung und Umwandlungsplastizität (TRIP) berücksichtigt werden. Zur Berücksichtigung der asymmetrischen Visko-Plastizität wird das bekannte Johnson-Cook Modell um das Konzept der Wichtungsfunktionen erweitert. Für das spezielle Szenario Hochgeschwindigkeitszerspanen mit Martensit als Anfangsphase werden zwei Phasenumwandlungen berücksichtigt: 1. Umwandlung von der Anfangsphase Martensit in Austenit, dann 2. Rückwandlung in Martensit. Das Modell wird in einem thermodynamischen Rahmen für große Deformation formuliert und anschließend für Hochgeschwindigkeitszerspanen spezialisiert und angewendet. Des Weiteren wird das MMM zur Berücksichtigung von unterschiedlichen auftretenden Interface-Energien um einen Phasengradienten erweitert, wobei die verallgemeinerte Theorie von Gurtin und Forest zugrunde gelegt wird. Zu diesem Zweck stellt der austenitische Massenanteil eine chemische Variable dar und wird als zusätzlicher Freiheitgrad sowohl in der Materialmodellierung als auch in der Finite-Element-Formulierung behandelt. Der erste Gradient von dem austenitischen Massenanteil wird berücksichtigt und dessen Einfluss auf die Phasenumwandlungen wird untersucht. Darüber hinaus werden Härteabhängigkeit und Härteänderung infolge Weißschichtbildung berücksichtigt.