Motivation und Forschungsbedarf
Fertigungsprozesse verursachen Änderungen von Struktureigenschaften in bearbeiteten Werkstücken und Bauteilen. Für die im SFB/TR 10 betrachtete Fertigungsprozesskette sollen Methoden entwickelt und angewendet werden, welche auf der Basis kumulierter Fertigungseinflüsse eine ganzheitlich optimierte Auslegung der Prozesskette sowie einen Rückfluss der ermittelten Strukturbeanspruchungen zur Verbesserung des Gesamtentwurfs ermöglichen. Das Teilprojekt (TP) betrachtet somit die Zusammenführung von Einzelaspekten zur Ermittlung von Struktureigenschaften während der Fertigung.
Zielsetzung
Zentrale Aufgabenstellung des TP C7 ist die ganzheitliche Betrachtung von Prozess-Struktur-Wirkungen in der Fertigungsphase und deren Übertragung auf eine modellierte Gesamtstruktur. Auf der Basis von drei unterschiedlich detaillierten Vorgehensweisen sollen diese ermittelt und dargestellt werden. Unterschiedliche Komplexitätsgrade ermöglichen hierbei eine aufwandsminimierte Analyse diverser Einflussgrößenvariationen. Durch das Ineinandergreifen komplexer werdender Berechnungsmethoden kann der Detaillierungsgrad der Modellbetrachtung erhöht und somit die Aussagekraft der Ergebnisse verstärkt werden.
Als wissenschaftliche Herausforderung des TP steht die Reduktion des Komplexitätsgrads der modellierten Fertigungsprozesskette unter der Einbindung der beteiligten Partialmodelle (Modelle der B-Projekte) im Vordergrund (Bild 1). Die somit ermöglichten aufwandsminimierten Variationsrechnungen lassen Gesetzmäßigkeiten zwischen unterschiedlichen Prozesseinflussgrößen und Antworten der Gesamtstruktur erkennen, welche zur Auslegung der Prozesskette herangezogen werden können.
Bild 1
Wesentliches Augenmerk ist dabei auf die Integration der Profilcharakteristika (maßgeblich des Eigenspannungszustands) durch das Strangpressen als Initialzustand für die Prozesssimulationen der B-Projekte zu richten. Dieser globale Bauteilzustand soll kombiniert mit den Beeinflussungen nachfolgender Prozesse entlang der gesamten Fertigungskette betrachtet werden. Darüber hinaus erhalten die sich ebenfalls mit der Analyse bzw. der Optimierung der Gesamtstruktur befassenden TP C6 und C1 Anhaltspunkte über die Beanspruchung während der Fertigungsprozesse sowie den Zustand der Gesamtstruktur nach der Fertigung als Ergebnis der integrierten Prozesskettenbetrachtung. Diejenige Methode, welche die im Hinblick auf Genauigkeit besten Ergebnisse erwarten lässt, beinhaltet eine Integration der Partialmodelle. Im Rahmen dieser Vorgehensweise werden darüber hinaus wesentliche Informationen und Berechnungsergebnisse an die dort betrachteten Fertigungsprozesse im Hinblick auf die Strukturauswirkungen geliefert. Im Gegenzug erhält das übergeordnete Verbindungsmodell innerhalb des TP C7 Kenntnisse über den Zustand der Struktur zu Beginn des jeweiligen Prozesses. Die Arbeiten des TP ermöglichen somit, die Einflüsse unterschiedlicher Fertigungsverfahren auf die Gesamtstruktur in Relation und die Betrachtung der einzelnen Fertigungsprozesse in einen gemeinsamen Kontext zu setzen.
Methoden
Zum Erreichen der beschriebenen Ziele dieses TP soll ein dreistufiges Konzept verfolgt werden, mit Hilfe dessen die unterschiedlichen Anforderungen an die Ergebnisgenauigkeit und die geforderte Flexibilität der simulierbaren Prozesskettenvarianten erfüllt werden können. In Bild 2 ist eine Übersicht der Vorgehensweise, welche auf der Entwicklung und Anwendung dreier unterschiedlicher Detaillierungsstufen basiert, dargestellt.
Bild 2
Dieses Konzept beinhaltet drei auf einander abgestimmte und aufbauende Methoden zur anforderungsgerechten, effizienten Simulation von Fertigungsprozessketten. Für die Integration und den Rückfluss der Ergebnisse aus den jeweiligen B-Projekten soll ein so genanntes Verbindungsmodell, schematisch dargestellt in Bild 3, erstellt werden.
Bild 3
Das Verbindungsmodell beinhaltet die Möglichkeit, sämtliche Aspekte der Partialmodelle in den einzelnen Prozesssimulationen zu integrieren und als Informationen weiterzugeben. Auf der Basis der FEM können über geeignete Schnittstellen sämtliche Ergebnisse der B-Projekte übertragen werden.
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