Hinsehen, wo man nicht reinschauen kann. Prof. Dr. Hp. Gysin HSR Hochschule für Technik Rapperswil

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Sigrid Knopp
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1 Hinsehen, wo man nicht reinschauen kann Prof. Dr. Hp. Gysin HSR Hochschule für Technik Rapperswil 1

2 Ablauf der Präsentation 2 Ausbildung an der HSR (Herr Gysin) Firma Soudronic(Herr Dieterich) Verstehen und Simulieren des Platinenrundens mittels FEM (Herr Strässle)

3 FEM-Ausbildung an der HSR 3 FEM-1 4. Sem. 3 ECTS Linearelastische Problemstellungen mit FEM lösen und interpretieren können / Tool kennenlernen Vorgehen zur sinnvollen Anwendung der FEM erlernen inkl. Referenzrechnung FEM-2 Einführung in Grundlagen der FEM-Theorie. Wichtig 5. Sem. sind die Konsequenzen daraus für die Resultat- 2 ECTS Interpretation in Statik, Dynamik, Thermik, Composites Modellierung von Baugruppen; Fügestellen FEM-3 6. Sem. 2 ECTS MSE- Master Nichtlinearitäten (grosse Deformationen, Plastizität, Kontakt) plus Stabilität, Elementformulierungen, Grössere Team-Hausaufgabe (oft Umformtechnik, ) Theorie-Module zu höherer Mechanik & Dynamik, Materialtechnologie, Multi-Physik, Diff.Gl., FEM-Theorie = Basis für: Intensive Anwendung in Master-Thesis (½ Jahr)

4 Beispiel für FEM-3 Aufgabe: 4

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11 Vollständiges Verstehen und Simulieren des Platinenrundens mittels FEM bei Maschinen für die Dosenherstellung Masterthesis Christof Strässle HSR Hochschule für Technik Rapperswil 11

12 Ablauf der Präsentation 1 2 Aufgabenstellung Rundsysteme Einflüsse auf das Runden Werkstoffmodellierung FE-Simulationsaufbau FE-Resultate Validierung

13 Aufgabenstellung 1 3 Vollständiges Verstehen der beiden Rundsysteme Vollständiges Verstehen des Werkstoffverhaltens im Rundungsprozess Verstehen des ARS (Adaptives Rundungssystem) 2D-Simulation der Rundsysteme (rigid und deformable) Variation der Parameter in der Simulation 3D-Simulationen der Rundsysteme Validierung durch Messungen ARS Problematik

14 Rundsystem Letterbox 1 4

15 Einflüsse auf das Runden 1 5 Einflüsse Platinendicke Platinenlänge Platinenhöhe Streckgrenze (Fliessort) Elastizitätsmodul Fliesskurve Temperatur Platinenbeschichtung Alterung der Platinen Umformgeschwindigkeit Durchbiegung der Walzen Gefüge

E-Moduls Schwierige Bestimmung Wird nicht berücksichtigt im FEM

16 Einflüsse auf das Runden 16 Elastizitätsmodul Kerngrösse der Rückfederung Ist keine konstante Grösse Dehnungsabhängigkeit des E-Moduls Schwierige Bestimmung Wird nicht berücksichtigt im FEM Umformgeschwindigkeit Grosser Einfluss auf die Fliesskurve Heute Bestandteil der Grundlagenforschung

17 Werkstoffmodellierung 17 Fliesskurven mit unterschiedliche Geschwindigkeiten (50, 100, 200,300,400 mm/min) Nur Zugproben nach Norm, mit eigens entwickelten Feinstanzwerkzeug gestanzt

18 Werkstoffmodellierung 18 Mathematisierung der Fleisskurven Ludwik, Gosh, Swift, Johnson Cook, Voce,. LPL- Optimierung der Ludwikgleichung an die Messung (LSQ minimiert)

19 Werkstoffmodellierung 19 Verfestigungsmechanismen Bauschingereffekt gegenseitige Blockierungen von Versetzungen Isotrope Verfestigung, kinematische Verfestigung

20 Werkstoffmodellierung 20 Verfestigungsmechanismen FEM

21 Werkstoffmodellierung 21 Werkstoffmodell 3D-Fliesskurve Anisotropie nach Barlat in 3D (2D keine Anisotropie berücksichtigt) 80% kinematische und 20% isotrope Verfestigung

22 FEM Aufbau der Simulation 22 Simulationsaufbau

23 FEM Aufbau der Simulation 23 Simulationsaufbau

24 FEM Resultate Standardsystem 24 Simulationsresultate Standardsystem Keileinstellungen und Halbschaleneinstellung schwierig Qualitätsmerkmal Krümmungsradiusverlauf Film Standardsystem T57

25 FEM Resultate Standardsystem Film 25

26 FEM Resultate 26 Geschwindigkeitsvariation Standardsystem v110 m/min => 2.2mm Überlappung v215 m/min => -2.7mm Überlappung v320 m/min => -7.1mm Überlappung

FEM Resultate 3D 27 Fazit 3D Berechnungen Elementanzahl ~350000 (Shell Typ 75) Lange Berechnungszeit 40 Tage Fehlinterpretationen durch Elementgrösse

27 FEM Resultate 3D 27 Fazit 3D Berechnungen Elementanzahl ~ (Shell Typ 75) Lange Berechnungszeit 40 Tage Fehlinterpretationen durch Elementgrösse und Elementdimensionsverhältnis Elementtyp 185 Solid Shell nicht optimal Elementtyp 75 Shell besser als Solid Shell min. 11 Layer über die Blechdicke Refine

28 Vergleich Messung und FEM 28 Vergleich Bis zum jetzigen Zeitpunkt liegen noch keine Resultate Validierungsresultate vor Probleme Cluster und PC Tendenz Geschwindigkeitsabhängigkeit funktioniert Verfestigung sollte richtig abgebildet sein FE-Vereinfachungen sind minimal ARS-Simulation zeigt richtiges Verhalten

29 Fragen 29?

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