Klebstoffe finden in vielen industriellen Bereichen Anwendung. Durch ihr komplexes Verhalten, insbesondere während der Aushärtung, sind sie einer analytischen Beschreibung unter thermisch-mechanischer Belastung jedoch meist nicht zugänglich. Um dennoch fundierte Prognosen zum Verhalten geklebter Strukturen geben zu können, nutzt man daher zunehmend numerische Verfahren. Dabei kommen überwiegend die Finite-Elemente-Methoden zum Einsatz. Die hierfür erforderlichen Materialkennwerte lassen sich jedoch nicht ohne Weiteres bestimmen. Zudem sind die gängigen elastischen bzw. visko-elastischen Materialmodelle nicht in der Lage, das spezielle Verhalten der Klebstoffe zu beschreiben.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird daher eine Methode zur experimentellen Kennwertbestimmung und der numerischen Simulation von 2-komponentigen Epoxidharzsystemen während der Aushärtung unter variablen thermischen Randbedingungen entwickelt.
Nach einer Einführung in die Grundlagen der Klebstoffe, der allgemeinen Kontinuumsmechanik und der Finiten-Elemente-Methoden, folgt der experimentelle Teil der Arbeit. Darin werden neue Verfahren zur Bestimmung aller, für die spätere Simulation relevanten, chemischen, thermischen und mechanischen Materialparameter vorgestellt. Durch den Übergang des Klebstoffs von einer Flüssigkeit in einen Festkörper ergeben sich gewisse Einschränkungen bei den Messungen, welche in systematischen Messfehlern resultieren. Diese Messfehler werden im Zuge der Versuchsauswertung aufgedeckt und durch geeignete Kompensationsalgorithmen eliminiert. Dadurch wird die Kennwertbestimmung während der gesamten Vernetzungsreaktion ermöglicht. Die ausgesprochen hohe Güte der durchgeführten Messungen ermöglicht es sogar, aus den ermittelten Zug- und Schubmodulwerten die Entwicklung der Querkontraktionszahl während der Klebstoffaushärtung abzuleiten.
Nach der Bestimmung und Korrektur werden die Kennwertverläufe mathematisch beschrieben. Besonderen Stellenwert hat dabei die Beschreibung des Aushärtegrads unter Berücksichtigung des Diffusionsstopps.
Das daran anschließende Kapitel befasst sich mit der Entwicklung eines Materialmodells, welches das Verhalten des Klebstoffs während der Aushärtung unter Berücksichtigung thermisch-chemischer Volumenänderungen, der exothermen Reaktionsenthalpie sowie veränderlicher visko-elastischer und thermischer Eigenschaften beschreibt.
Die Implementierung der entwickelten Materialgleichungen in eine kommerzielle Finite-Elemente-Software erfolgt durch Programmierung eines monolithisch gekoppelten finiten Elements. Dabei wird das Konzept der automatischen numerischen Modellierung verfolgt, was durch den Einsatz des Softwarepakets AceGen mit der Möglichkeit der automatischen Differentiation sowie der Codeoptimierung wesentlich erleichtert wird.
Abschließend werden die berechneten härtungsbedingten Bauteildeformationen und -temperaturen an zwei Geometrien mit den entsprechenden gemessenen Größen verglichen. Diese Validierung zeigt eine beachtliche Übereinstimmung zwischen Rechnung und Versuch.
Aktualisiert: 2020-07-01
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In der vorliegenden Arbeit wird ein Konzept für ein wissensbasiertes Anlagenmanagement in einem Warmwalzwerk als Beitrag zur verbesserten Nutzung des vorhandenen Wissens innerhalb der Instandhaltung komplexer Anlagen erarbeitet. Sowohl für den theoretischen als auch den praktischen Ansatz werden die relevanten Grundlagen zur systematischen Optimierung der Anlageninstandhaltung mithilfe eines wissensbasierten Managementsystems erörtert. Dabei liegen die Schwerpunkte der theoretischen Betrachtungen auf den Themen Anlagenmanagement, Komplexität, Entwicklungen innerhalb der Instandhaltung, Lebenszykluskonzepte und Wissensmanagement. Ziel ist es, durch Ableitung praktischer Ansätze das im Unternehmen innerhalb der Instandhaltung vorhandene Wissen zu nutzen, um die Auswirkungen charakteristischer Einflussfaktoren zu minimieren.
Dazu werden die spezifischen Anforderungen und Rahmenbedingungen innerhalb der Instandhaltung am Beispiel des betrachteten Warmwalzwerkes analysiert. Bei einem Warmwalzwerk handelt es sich um eine kostenintensive Anlage mit einer komplexen Anlagenstruktur sowie einem hohen Automatisierungs- und Verkettungsgrad der einzelnen Anlagenteile. Diese wesentlichen Charakteristika sind auch im Hinblick auf die Übertragbarkeit des Konzeptes auf vergleichbare Anlagen und andere Unternehmensbereiche relevant. Besondere Anforderun in Bezug auf das Wissensmanagement sind vor allem im Hinblick auf die Erfassung und Weitergabe von Informationen zur übergreifenden Nutzung innerhalb der Instandhaltung festzustellen, die unter anderem bei schichtübergreifenden Tätigkeiten von Bedeutung sind.
Basierend auf der Analyse und den theoretischen Ansätzen werden die einzelnen Aspekte für das Konzept abgeleitet. Darin werden bestehende Ansätze aus dem Instandhaltungs- und Wissensmanagement in Kombination mit dem Anlagenlebenszyklusmodell zu einem neuen übergreifenden Konzept für ein wissensbasiertes Anlagenmanagement zusammengeführt. Dieses baut auf einer gemeinsamen Wissensbasis auf, welche aus allen vorhandenen Dokumenten über Anlagen und Prozesse in Verbindung mit den Kenntnissen und Fähigkeiten der Mitarbeiter besteht. Zudem wird ein modifiziertes Ablaufschema für die wissensbasierte Fest Instandhaltungsstrategie vorgestellt. Zur Unterstützung der praktischen Anwen dung des Konzeptes wird, basierend auf der Methode des Fallbasierten Schließens, eine Fall- datenbank erstellt. Durch die programmtechnische Umsetzung in Form einer Pilotanwendung lässt sich unter anderem durch die Zusammenführung der Informationen aus mehreren bereits vorhandenen Datenbanken ein direkter Nutzen generieren Erkenntnisse, unter ander und mechanis wird das bereits vorhandene Wissen bei der Analyse von Störungsurs besserungen sowie der Anpassung der Instandhal
Die im Rahmen dieser Arbeit erlangten Erkenntnisse werden unmittelbar in die kontinuierliche Weiterentwicklung der Instandhaltungsprozesse des betrachteten Unternehmens implementiert. Anhand der Beschreibung beispielhafter Anwendungsfälle und der dabei erlangten Erkenntnisse, unter anderem bei der organisatorischen Zusammenlegung des elektrischen und mechanischen Bereiches der Instandhaltung, wird deren Wirksamkeit bestätigt. Zudem wird das bereits vorhandene Wissen bei der Analyse von Störungsursachen, Anlagenverbesserungen sowie der Anpassung der Instandhaltungsstrategie genutzt
Aktualisiert: 2019-07-10
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Die Auslegung von industriellen Prozessen setzt ein grundlegendes Verständnis der zu handhabenden Rohstoffe, Zwischen- und Endprodukte voraus. Anders als Stückgüter werden Schüttgüter meist kontinuierlich gefördert, sodass die einzelnen Partikel im Prozess sowahl mit der Fördertechnik als auch untereinander interagieren.
Das Materialverhalten von Schüttgütern wird maßgeblich von der Form der Partikel beeinflusst. In den meisten Simulationen nach der Methode der diskreten Elemente (DEM) wird diese stark vereinfacht als rein-konvexe Geometrien, z.B. Kugeln, abgebildet. Diese könen, anders als reale Partikel, nur Kraft-, jedoch keine Formschlüsse bilden.
In dieser Arbeit wird eine DEM-Simulation für beliebig geformte Partikel entwickelt. Erst die Verwendung nicht-konvexer Geometrien ermöglicht die Abbildung des Form-schlusses. Nur damit können Effekte wie Böshungswinkel oder laststabile Schüttungen erklärt werden. Der Fokus dieser Arbeit liegt sowohl in der Geometriebeschreibung und dem mechanischen Interaktionsmodell als auch auf effizienten Lösungsalgorithmen und der Parallelisierung des Problems, sodass die benötigte Rechenzeit zur Problemlösung minimiert wird.
Aktualisiert: 2019-07-10
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Diese Dissertation befasst sich mit der Entwicklung eines numerischen Werkzeugs zur Simulation von partikelbeladenen 3D Mehrphasenströmungen. Es wird ein Fluid-Partikel-Löser entwickelt, bei dem zur Lösung der Phasen, also der Fluidphase und der dispergierten Partikelphase, zwei establierte numerische Methoden herangezogen werden. Dabei kommt zur Behandlung der Fluidfeldes die FEM zum Einsatz und die Partikelphase wird im Kontext der DEM betrachtet. Neben diesen beiden Modulen des Lösers stellt das Modul, das die FEM-DEM-Kopplung übernimmt und die Erfassung der Phasen wechselwirkung sicherstellt, bei der Softwareentwicklung einen Schwerpunkt dar. Die beiden physikalischen Felder werden in dieser Arbeit auf der Partikelskala gekoppelt, wobei alle im Fluid dispergierten Partikel individuell als Volumenkörper abgebildet und beschrieben werden (Direkt Numerische Simulation). Zur Realisierung der Kopplung wird auf ein Konzept der weitverbreiteten Fictitious-Domain-Methoden zurückgegriffen.
Aktualisiert: 2019-07-10
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Mit Hilfe von Nanoindentationsversuchen können mechanische Eigenschaften in der Nähe von Korngrenzen in metallischen Vielkristallen untersucht werden. Durch die Messungen lassen sich Rückschlüsse über die Interaktion von Versetzungen an Korngrenzen ziehen. Der Misorientierungswinkel der Körner an der Korngrenze hat in diesem Zusammenhang einen maßgeblichen Einfluss auf die Versetzungsinteraktion und somit auf die plastischen Eigenschaften. Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung und der Vergleich verschiedener Korngrenzemodelle für Metalle mittels der Finite Elemente Methode. Zur Abbildung von Größeneffekten wird für die Körner ein Gradientenkristallplastizitätsmodell verwendet. Die Eigenschaften zweier Korngrenzenmodelle aus der Literatur sowie eines neu entwickelten Modells werden an einfachen Beispielen erläutert und mit einem Nanoindentationsbeispiel qualitativ verglichen. Dabei wird sowohl die Theorie für kleine als auch für gorße Deformationen verwendet und im Hinblick auf Rechenzeiten untersucht.
Aktualisiert: 2019-07-10
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