Beschreibung
P 1008 – Anwendungsnahe Simulation des thermischen Richtens
Insbesondere bei Großstrukturen, wie sie im Schiffs- und Schienenfahrzeugbau geschweißt werden, sind die verbleibenden Verzüge aufgrund ihrer enormen Ausmaße von bis zu mehreren Zentimetern sehr kritisch. Nachbehandlungen müssen folglich ebenso in die Arbeitsplanung aufgenommen werden wie das Schweißen selbst. Ein seit Jahrzehnten etabliertes Verfahren ist das thermische Richten. Die Richtprozessparameter werden momentan anhand praktischer Erfahrungswerte gewählt. Der Einfluss konstruktiver Gegebenheiten, des Werkstoffs und der unterschiedlichen Richtverfahren sind jedoch so nur äußerst schwer erfassbar.
Vorgestellt werden die Grundlagen des analytischen Modells, die Umsetzung für die praktische Anwendung sowie die Kopplung mit der numerischen Berechnung. Das gekoppelte analytisch-numerische Hybridmodell ist für die Erfassung der Prozesskette Schweißen und dem darauffolgenden thermischen Richten konzipiert. Mittels des analytischen Modells wird, unter Berücksichtigung der signifikanten Einflussfaktoren, zu der thermomechanischen Belastung jedes Richtpunktes die äquivalente Schrumpfdehnung ermittelt. Diese wird einem FE-Modell der Konstruktion übergeben und die Verformung der gesamten Struktur mittels einer elastischen Analyse berechnet. Die Berücksichtigung der gegenseitigen Beeinflussung der bereits vorliegenden Schweißeigenspannungen und einzelnen Richtpunkte verläuft iterativ durch eine Rückkopplung. Die Berechnung erfolgt aufbauend auf der Anwendung des analytisch numerischen Hybridmodells
zur Schweißverzugssimulation.
In dem Bericht wird die methodische Vorgehensweise ausführlich erläutert. Neben den Grundlagen des Hybridmodells werden auch weitere wichtige Aspekte, wie die Erfassung unterschiedlicher Richtverfahren, Prozessbedingungen sowie industrierelevanter Werkstoffe diskutiert. Darüber hinaus erfolgten die Untersuchungen der qualitativen Interaktion zwischen dem thermischen Richten und dem Schweißverfahren und die Einbindung in die Berechnungsvorgehensweise.
Die Anwendung und Validierung des Hybridmodells fand zunächst an einfachen Blechprobenkörpern statt. Aufbauend, auf einer mittels acht Nähten gefügten Struktur, wurde die Berücksichtigung der Schweißreihenfolge, sowie der Richtfolge
im Hybridmodell untersucht. Anschließend erfolgte die Anwendung an einer Testkonstruktion aus dem Schienenfahrzeugbau. Hierbei wurden auf eine Grundplatte mit den Abmessungen 500 x 400 mm 4 Profile der Dicke 2 mm mittels 16 Schweißnähten gefügt und anschließend mittels zweier unabhängiger Szenarien gerichtet. Die CPURechenzeit der numerischen Berechnung an den Strukturen betrug in jedem Fall weniger als 10 min. Die Aussagekraft der Berechnungen wurde somit experimentell nachgewiesen.
Veröffentlichung:
2016
Autoren:
V. Michailov, N. Doynov, F. Kuke
