Der Einsatz von faserverstärkten Hybridbauteilen in der Automobilindustrie ermöglicht die Realisierung von Gewichtseinsparungen und somit die Minimierung des CO2-Austoßes. In dieser Arbeit wird ein Modellierungsansatz entwickelt, der die Abbildung von kombinierten Drapier- und Fließpressprozessen innerhalb der Simulationssoftware LSDyna ermöglicht. Der Ansatz wird zur numerischen Abbildung zweier experimenteller Demonstratorprozesse angewendet. Die wesentlichen Herausforderungen der Prozesssimulation bestehen in der Abbildung des komplexen Werkstoffflusses des Organobleches sowie der Fließpressmasse und der Interaktion beider Komponenten. Zur Abbildung des GMT wird die Smoothed-Particle-Hydrodynamics-Methode (SPH) eingesetzt. Die numerischen Ergebnisse werden mithilfe von experimentellen Ergebnissen validiert.
Aktualisiert: 2022-03-03
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Der Einsatz von faserverstärkten Hybridbauteilen in der Automobilindustrie ermöglicht die Realisierung von Gewichtseinsparungen und somit die Minimierung des CO2-Austoßes. In dieser Arbeit wird ein Modellierungsansatz entwickelt, der die Abbildung von kombinierten Drapier- und Fließpressprozessen innerhalb der Simulationssoftware LSDyna ermöglicht. Der Ansatz wird zur numerischen Abbildung zweier experimenteller Demonstratorprozesse angewendet. Die wesentlichen Herausforderungen der Prozesssimulation bestehen in der Abbildung des komplexen Werkstoffflusses des Organobleches sowie der Fließpressmasse und der Interaktion beider Komponenten. Zur Abbildung des GMT wird die Smoothed-Particle-Hydrodynamics-Methode (SPH) eingesetzt. Die numerischen Ergebnisse werden mithilfe von experimentellen Ergebnissen validiert.
Aktualisiert: 2022-05-12
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Zum Erhalt der Wettbewerbsfähigkeit im globalen Kontext ist eine stetige Effizienzsteigerung innerhalb der Produkt– und Prozessentwicklung von maßgeblicher Bedeutung. Dabei stehen der fortschreitende Leichtbauaspekt sowie modernste numerische Analysemethoden zur Einsparung von Ressourcen in Bezug auf Material und Zeit im Fokus. Ein Resultat dessen sind elastischere Strukturen, welche eine deutliche Empfindlichkeit hinsichtlich der Strukturdynamik zeigen. Um diesem Aspekt Rechnung zu tragen, erfolgte im Rahmen dieser Arbeit die Entwicklung eines effizienten strukturdynamischen Berechnungskerns Z88DYN, welcher unter Verwendung von Zeitintegrationsverfahren und der implementierten Kontaktberechnung komplexe Berechnungen im Kontext der Antriebstechnik erlaubt.
Die in der Bewegungsgleichung notwendigen Systemmatrizen sowie die Aspekte unterschiedlicher Zeitintegrationsverfahren legen den Ausgangspunkt zur eigenen Umsetzung in der Finite–Elemente–Umgebung Z88 dar. Die anschließende Validierung der Zeitintegrationsverfahren sowie des Einbaus der Zwangsbedingungen im Rahmen der transienten Dynamik zeigt eine erfolgreiche Implementierung sowie Sensitivitäten auf. Hier lässt sich eine vorteilhafte Verwendung der konzentrierten Massenmatrix, die Anwendung der Abschätzung des Strafparameters nach Rust sowie die Einschränkung der Rayleigh–Dämpfung ermitteln. Die gewonnenen Erkenntnisse flossen abschließend im praxisnahen Anwendungsbeispiel, der Antriebswelle, auf zwei Modellierungsebenen ein, wodurch der effiziente Einsatz der Entwicklung bestätigt werden konnte.
Aktualisiert: 2020-07-10
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Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Bereitstellung der Grundlagen für numerische Untersuchungen von mehrlagigen Lichtbogenschweißungen aus dem Baustahl S355J2+N. Den Schwerpunkt der Analysen bildet die Berücksichtigung der Gefügeumwandlungen und die daraus resultierenden Gefügeeigenschaften und Eigenspannungszustände aufgrund der mehrfachen Temperatureinwirkung.
Die Bewertung des Einflusses der mehrfachen Erwärmung auf die Gefügeumwandlungen und auf die mechanischen Eigenschaften erfolgt durch systematische physikalische Simulationen des Schweißgefüges mit einer Gleeble®. Die ermittelten Zusammenhänge und gefügeabhängigen thermomechanischen Werkstoffkennwerte dienen der Kalibrierung des Simulationsmodells.
Die begleitenden experimentellen Untersuchungen an den Mehrlagenschweißungen liefern umfassende Messdaten für die Validierung der numerischen Simulationen. Aus den Messungen liegen Daten über Temperatur-Zeit-Verläufe, Härteverteilung und Schweißeigenspannungen vor.
Mit dem entwickelten Mehrmalig-Spitzentemperatur Austenitisierungs- und Abkühlzeit (M-STAAZ) Modell lassen sich lokale Gefügeumwandlungen und -eigenschaften wie Härte und Dehngrenze in Abhängigkeit der lokal vorliegenden Temperaturzyklen vorhersagen. Der grundsätzliche Vorteil des M-STAAZ Modells zeigt sich in der Eigenspannungssimulation. Die Berücksichtigung der lokalen Gefügeeigenschaften führt zur signifikanten Erhöhung der Vorhersagegenauigkeit. Als Haupteinfluss-faktor für die Eigenspannungsbildung erweist sich die Änderung der Dehngrenze durch neue Austenitisierung und Anlasseffekte der nachfolgenden Schweißlagen.
Für die Validierung der entwickelten Simulationsvorgehensweise und Bewertung der Ergebnisgenauigkeit werden die gemessenen Eigenspannungen herangezogen.
Aktualisiert: 2020-07-15
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Die isolierte Betrachtung von einzelnen Bauteilen ist oftmals aufgrund der fehlenden Interaktion mit benachbarten Komponenten - dem sogenannten elastischen Umfeld - nicht realitätsnah. Aus diesem Grund wurde hierfür im Rahmen dieser Dissertation ein eigener Lösungsansatz zur umfeldgestützten Komponentenoptimierung auf Basis des FE-Systems Z88 erarbeitet und entsprechende FE-Modellierungsstrategien umgesetzt.
Der in Z88 berechenbare Detaillierungsgrad reicht dabei je nach Modellierungsvariante (Kontakt- oder Koppelbedingungen) von der alleinigen Abbildung des globalen Systemverhaltens bis hin zur Auflösung lokaler Effekte innerhalb der Kontaktzone. Die Effizienz dieser Anbindungsstrategien wird dabei über sogenannte statische Reduktionsalgorithmen garantiert, die auf Basis von mathematischen Umformulierungen die Ordnung des elastischen Umfeldes bei gleicher Abbildungsqualität verringern können. Diese umgesetzte, durchgehende Berechnungskette - von der effizienten FE-Baugruppenmodellierung mit Z88 bis hin zur Integration dieser Konzepte in einen Z88-Optimierungsprozess - wurde basierend auf den Ergebnissen mehrerer Parameterstudien so kalibriert, dass sowohl numerische als auch Abbildungsfehler - zum Beispiel in Gestalt von Kontaktsteifigkeits-Stegen - vermieden werden können.
Das Potential dieser eigenentwickelten umfeldgestützten Komponentenoptimierung als ein effizientes Werkzeug im konstruktiven Leichtbau wurde abschließend an dem Pleuel eines Zweitakt-Motors aufgezeigt.
Die Designvorschläge der isolierten und umfeldgestützten Komponentenoptimierung bestätigen schließlich die bei ähnlichem Berechnungsaufwand insgesamt realitätsnähere Modellbildung der eigenentwickelten umfeldgestützten gegenüber der klassischen isolierten Komponentenoptimierung.
Aktualisiert: 2020-01-15
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Die vorliegende Dissertation zeigt einen Weg auf, Topologieoptimierung mit mehr als einer Zielfunktion durchzuführen. Hierfür wird eine Variante des weit bekannten NSGA-II Algorithmus verwendet und erweitert. Der daraus resultierende Ansatz stellt sich als sehr flexibel heraus und liefert vielversprechende Ergebnisse.
Aktualisiert: 2020-01-28
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Die zunehmende Modellkomplexität der in der Ingenieurspraxis zur Auslegung von Maschinenelementen verwendeten numerischen Ansätze hat zur Folge, dass der Einfluss der unterschiedlichen Eingabeparameter auf das Berechnungsergebnis oftmals nicht bekannt ist.
Im Rahmen dieser Arbeit wird ein durchgängiger Workflow zur Charakterisierung numerischer Rechenkerne erarbeitet und auf die Software SimWag2.2Z88 angewendet.
Diese CAE-Anwendung wird über eine Reihe von Eingabeparametern angesteuert und bestimmt mittels einer vollautomatischen Finite-Elemente-Analyse die Wandergrenze eines Wälzlagers.
Ziel der Untersuchungen ist dabei die Bestimmung des Einflusses ausgesuchter Konstruktionsparameter auf die Wandergrenze mit Methoden der statistischen Versuchsplanung.
Zur Variation der Eingabeparameter wird ein Algorithmus zur Erzeugung orthogonaler Latin-Hypercube-Designs nach Ye umgesetzt und mit einer Optimierung der zentrierten Diskrepanz des jeweiligen Versuchsplans nach Hickernell gekoppelt.
Die Auswertung der Ergebnisse basiert auf Metamodellen, die mittels eines Gauss'schen Prozesses erzeugt werden.
Über die entsprechenden Faktorsensitivitäten im Metamodell wird der Einfluss der jeweiligen Faktoren auf das Systemverhalten evaluiert.
Zur Visualisierung der Abhängigkeiten werden Randmodell- und Wechselwirkungsdiagramme eingesetzt.
Es wird gezeigt, dass eine Reihe aus der Praxis und der Forschung bekannter Effekte in SimWag2.2Z88 realistisch abgebildet werden können.
Der erarbeitete Workflow lässt sich zudem universell auf vergleichbare Rechenkerne anwenden und erlaubt somit die detaillierte Bestimmung von deren Systemverhalten.
Aktualisiert: 2021-12-20
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Die zunehmende Modellkomplexität der in der Ingenieurspraxis zur Auslegung von Maschinenelementen verwendeten numerischen Ansätze hat zur Folge, dass der Einfluss der unterschiedlichen Eingabeparameter auf das Berechnungsergebnis oftmals nicht bekannt ist.
Im Rahmen dieser Arbeit wird ein durchgängiger Workflow zur Charakterisierung numerischer Rechenkerne erarbeitet und auf die Software SimWag2.2Z88 angewendet.
Diese CAE-Anwendung wird über eine Reihe von Eingabeparametern angesteuert und bestimmt mittels einer vollautomatischen Finite-Elemente-Analyse die Wandergrenze eines Wälzlagers.
Ziel der Untersuchungen ist dabei die Bestimmung des Einflusses ausgesuchter Konstruktionsparameter auf die Wandergrenze mit Methoden der statistischen Versuchsplanung.
Zur Variation der Eingabeparameter wird ein Algorithmus zur Erzeugung orthogonaler Latin-Hypercube-Designs nach Ye umgesetzt und mit einer Optimierung der zentrierten Diskrepanz des jeweiligen Versuchsplans nach Hickernell gekoppelt.
Die Auswertung der Ergebnisse basiert auf Metamodellen, die mittels eines Gauss'schen Prozesses erzeugt werden.
Über die entsprechenden Faktorsensitivitäten im Metamodell wird der Einfluss der jeweiligen Faktoren auf das Systemverhalten evaluiert.
Zur Visualisierung der Abhängigkeiten werden Randmodell- und Wechselwirkungsdiagramme eingesetzt.
Es wird gezeigt, dass eine Reihe aus der Praxis und der Forschung bekannter Effekte in SimWag2.2Z88 realistisch abgebildet werden können.
Der erarbeitete Workflow lässt sich zudem universell auf vergleichbare Rechenkerne anwenden und erlaubt somit die detaillierte Bestimmung von deren Systemverhalten.
Aktualisiert: 2018-07-31
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