Numerische Abbildung von Spaltprofilierprozessen und die Erstellung von Metamodellen

Numerische Abbildung von Spaltprofilierprozessen und die Erstellung von Metamodellen

 

Motivation

Die numerische Analyse von Umformprozessen hat sich in den vergangenen Jahrzehnten zu einer etablierten Methode in Industrie und Wissenschaft entwickelt. Mittlerweile können viele Umformprozesse effizient mit einer ausreichenden Genauigkeit abgebildet werden. Dabei kommt überwiegend die Finite Elemente Methode (FEM) zum Einsatz, welche in vielfältigen Softwareumgebungen verfügbar ist. Während die industriell etablierten Prozesse gut abgebildet werden können, besteht noch weiterer Entwicklungs- und Forschungsbedarf bei neuen Verfahren, wie z. B. dem Spaltprofilieren oder Spaltbiegen, welche im SFB 666 intensiv erforscht werden. Bei der numerischen Abbildung dieser Blechmassivumformverfahren besteht die Herausforderung in der Beherrschung der starken Netzverzerrung im Spaltgrund und der Reduktion der instationären Effekte in den Anfangs- und Endbereichen der Profile.

Verifikation von Spaltprofilierprozessen
[1] Abbildung und Verifikation von Spaltprofilierprozessen (hier: flexibles Spaltprofilieren)

Zielsetzung

Zur numerischen Simulation der Spaltprofilierprozesse sollen zunächst die zugrundeliegenden Modelle verifiziert werden können. Hierzu sollen Methoden entwickelt werden, die eine Verifikation mit experimentellen Daten effektiv möglich machen.

Wurden in den bisherigen Spaltprofilierprozessen nur Bauteile mit über der Länge gleichbleibenden Querschnitten betrachtet, soll in diesem Forschungsvorhaben zudem Profile mit veränderlichen Querschnitten modelliert werden.

Mit Hilfe von entwickelten Algorithmen konnte darüber hinaus die Simulationszeit des Spaltprofilierprozesses zwar signifikant gesenkt werden, dennoch liegt das Ergebnis der zehnten Umformstufe erst nach mehreren Wochen vor. Dadurch ist es dem Produktentwickler nicht möglich schnell auf Ergebnisse durch z. B. Parameter- oder Werkstoffänderungen zu reagieren. Um hier Abhilfe zu schaffen sollen sogenannte Metamodelle entwickelt werden.

Lösungsweg

Zur Verifikation der verwendeten FE-Modelle sollen, als Erweiterung der bisherigen Verifikationsmethoden, gezielt geometrische Störungen im umzuformenden Bauteil eingebracht werden um die auftretenden Veränderungen experimentell effektiv vergleichen zu können.

Für die numerische Abbildung der Fertigungsroute der flexiblen Querschnitte sollen Remeshingalgorithmen entwickelt werden. Aus dem vorangegangenen Simulationsschritt ist sowohl die Kontur als auch die Umformzone im Bauteil bekannt. Die geometrische Hülle des Bauteiles einer Umformstufe wird erfasst, ein neues 2D Netz im Querschnitt generiert und entlang des Kurvenzuges zu einem 3D Netz erweitert. Schließlich werden die Ergebnisse übertragen. Durch diese Vorgehensweise wird die Ergebnisqualität als auch die Recheneffizienz gesteigert.

Mit Hilfe analytischer Abschätzungen und bisherigen Ergebnissen sollen Modellansätze gefunden werden, die die Spaltprofilierprozesse hinreichend abbilden. Diese Ansätze werden in einem Metamodell zusammengeführt.

Erstellung von Metamodellen von Spaltprofilierprozessen
[2] Erstellung von Metamodellen von Spaltprofilierprozessen

Danksagung

Das Forschungsprojekt wird gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG).