Beschreibung
P 868 – Erweiterung eines analytisch numerischen Hybridmodells für die Verzugssimulation von Großstrukturen
Schweißverzug stellt nach wie vor eines der Hauptprobleme in der Schweißtechnik dar. Er mindert die Qualität der Schweißkonstruktion, erschwert die reibungslose Durchführung des Fertigungsprozesses und führt zu hohen Nachbehandlungskosten. Zur Findung optimaler Schweißparameter, Einspannbedingungen oder Vorverformungen für die Verzugsminimierung von einfachen Schweißkonstruktionen ist die Durchführung zeit und kostenintensiver Experimente momentan noch weit verbreitet. Zunehmend setzt sich zu diesem Zweck auch die thermomechanische FE-Simulation durch. Jedoch stößt sie im Bereich industrierelevanter, großer Strukturen mit mehreren Schweißnähten an ihre Grenzen.
Hier vorgestellt wird das analytisch numerische Hybridmodell zur Schweißverzugsberechnung, welches am Lehrstuhl Füge- und Schweißtechnik der BTU Cottbus entwickelt wurde. Unter Berücksichtigung der signifikanten Einflussfaktoren auf die beim Schweißen entstehenden plastischen Verformungen werden, zu der thermomechanischen Belastung jeder Schweißnaht mittels des analytischen Schrumpfkraftmodells äquivalent mechanische Lasten ermittelt. Diese werden einem Finite-Elemente-Modell der Konstruktion übergeben und die Verformung der gesamten Struktur mittels einer elastischen Analyse berechnet. Die Berücksichtigung der gegenseitigen Beeinflussung der einzelnen Schweißnähte sowie unterschiedlicher Fertigungsschritte erfolgt durch eine Rückkopplung.
In dem Bericht wird die methodische Vorgehensweise ausführlich erläutert. Neben den Grundlagen des Hybridmodells werden auch weitere wichtige Aspekte, wie die Erfassung unterschiedlicher Stoßarten, industrierelevanter Schweißverfahren und Werkstoffe, sowie des instabilen Verhaltens dünnwandiger Strukturen beim Schweißen und im Raum gekrümmter Trajektorien diskutiert.
Nach der Verifizierung des analytisch numerischen Hybridmodells an elementaren I-Stoßverbindungen folgen Anwendungsbeispiele, an denen die Vorgehensweise demonstriert wird. Die Komplexität der betrachten Schweißkonstruktionen erhöht sich hierbei sukzessive und beginnt mit einfachen I- und T-Stoßverbindungen. Anschließend wird das Modell auf eine Schweißkonstruktion mit acht Nähten angewandt und die Erfassung unterschiedlicher Schweißszenarien analysiert. Es folgt die Berechnung eines Schiffspanels welches mit 88 Schweißnähten in drei Fertigungsschritten gefügt wird. Die berechneten Schweißverzüge jedes Fertigungsschritts werden mit experimentell ermittelten Verzügen verglichen.
Autoren:
V. G. Michailov, C. Stapelfeld
Veröffentlichung:
2014
