Workflow zur Bereitstellung nichtlinearer Werkstoffdaten für PTC Creo Simulate – Entwicklung, Implementierung und exemplarische Anwendung

Abstract

Im Rahmen dieser Diplomarbeit wird ein Workflow entwickelt, mit dem nichtlineareWerkstoffdaten für die Anwendung in PTC Creo Simulate systematisch beschafft, aufbereitet und softwarekompatibel implementiert werden. Ausgangspunkt ist der industrielle Bedarf der Intensa Technische Dienstleistungen GmbH, Simulationen nicht nur linear-elastisch (Hooke’sches Gesetz), sondern auch für Lastfälle mit plastischer Verformung und damit höherer Aussagekraft durchführen zu können. Ziel ist es, die bestehende Werkstoffdatenbasis um nichtlineare Materialmodelle (insbesondere Fließkurven) sowie um für mechanische und thermische Analysen relevante Basisparameter zu erweitern und für einen definierten Werkstoffkatalog von insgesamt rund 50 Werkstoffen (Stähle, Aluminium- und Kupferlegierungen sowie Kunststoffe) in einem von Creo auslesbaren Materialformat bereitzustellen. Der betrachtete Temperaturbereich erstreckt sich dabei von −20 °C bis +120 °C; Daten für Raumtemperatur (20–23 °C) sind verpflichtend, zusätzliche Temperaturpunkte werden – sofern belastbar verfügbar – ergänzt.Methodisch umfasst der Workflow die Identifikation geeigneter Datenquellen (u. a. Datenblätter, Fachliteratur und wissenschaftliche Publikationen sowie ausgewählte eigene Zugversuche), die Plausibilisierung der Randbedingungen und die strukturierte Datenverarbeitung. Ein Schwerpunkt liegt auf der Überführung heterogener Spannungs Dehnungs-Informationen in eine für Creo geeignete Beschreibung, einschließlich Quantifizierung, Reskalierung und Funktions-Fits (z. B. Power Law und Exponential Law für elastoplastisches Verhalten). Die Arbeit schließt mit praxisnahen Simulationsbeispielen, in denen die implementierten nichtlinearen Materialdaten angewandt und deren Nutzen gegenüber vereinfachten Annahmen im industriellen Kontext bewertet wird.

This thesis develops an industry-oriented workflow to systematically acquire, process, and implement nonlinear material data for PTC Creo® SimulateTM in order to enable more realistic structural simulations beyond linear elasticity. The work is conducted in cooperation with Intensa Technische Dienstleistungen GmbH and addresses the practical gap that nonlinear datasets (e.g., verified flow curves and temperature-dependent properties) are often not available in a consistent, company-usable form due to varying test conditions, material states, formats, and restricted data access.The proposed workflow covers data sourcing (datasheets, standards/literature, selected experimental tensile tests), plausibility checks, and data processing steps required for softwarecompatible implementation. A key contribution is the standardized “rescaling” procedure, in which an available stress–strain curve is conservatively adapted to represent minimum strength and ductility requirements (e.g., yield/flow stress, ultimate tensile strength, and fracture elongation) before converting the curve into the true stress–true strain format required by Creo for elastoplastic modelling.The workflow is applied to a defined material catalogue spanning metallic alloys and polymers, and the resulting datasets are prepared for use in Creo 4.0 with the Advanced Simulation Extension, which is required for nonlinear material behaviour. The thesis concludes with an assessment of data quality limitations and pragmatic modelling choices where the available experimental basis is insufficient, particularly for polymers at large strains.