Die Schweißsimulation im Automobilbau bietet eine Reihe von Optimierungsmöglichkeiten und Einsparpotentialen für aktuelle und zukünftige Fahrzeugentwicklungen. Hierbei ist vor allem die Vorhersage bzw. Minimierung von Schweißverzügen von Interesse. Die aktuell zur Verfügung stehenden Simulationstools und deren Einsatzgrenzen sowie einige wichtige Einflussgrößen werden anhand von Vergleichen zwischen Berechnungsergebnissen und Experimenten verdeutlicht. Die angestrebten Ziele (Berechnung komplexer Bauteile, kurze Berechnungszeiten, einfache Handhabung usw.) und die dafür notwendigen Anforderungen an die Software und die Berechnungsmethoden werden vorgestellt. Schließlich werden die sich damit ergebenden Herausforderungen für die Zukunft erläutert und diskutiert, um eine breite Wendung der Schweißsimulation beispielsweise in der Entwicklung zu ermöglichen. Es wurde die zurzeit aktuelle allgemeine Vorgehensweise bei Schweißsimulationen mit FE-Programmen gezeigt. Aufbauend auf einer Reihe von Vereinfachungen und Annahmen werden hauptsächlich die auftretenden Verzüge infolge der Wärmewirkungen des Schweißens berechnet. Die dabei vorgenommene Unterteilung in entkoppelte Temperaturfeldberechnung und Mechanikberechnung ist Stand der Technik. Durch die Berechnung von Temperaturfeldern ist ein verbessertes Prozessverständnis im Vergleich zu einer rein experimentellen Vorgehensweise möglich. Damit kann eine gezielte Prozessoptimierung ohne ,,trial & error' vorgenommen werden. Die Berechnung der Bauteilmechanik im Hinblick auf transiente Verzüge ist qualitativ und bei einfachen Bauteilen (ebene Platte) auch quantitativ möglich. Damit ist diese Vorgehensweise grundsätzlich auch zur Berechnung von komplexen Bauteilen geeignet, wobei aber das Problem einer extrem hohen Rechenzeit bestehen bleibt. Das langfristige Ziel einer verlässlichen Verzugsberechnung komplexer Bauteile innerhalb eines Tages durch normales Fachpersonal bleibt aber durch eine Reihe offener Anforderungen weiterhin schwierig. Dafür ist zunächst eine Temperaturfeldberechnung nur mit Eingabe realer Bauteil- und Schweißparameter notwendig, um Abgleichsrechnungen mit Hilfe von Experimenten zu vermeiden. Weiterhin müssen Sensitivitätsanalysen bezüglich der Einspannbedingungen sowie der Werkstoffkennwerttoleranzen durchgeführt werden. Für die Verwirklichung einer virtuellen Prozesskette mit qualitativ und quantitativ richtigen Ergebnissen ist eine Kopplung mit vor- und nachgelagerten Prozessen essentiell. Nur durch Berücksichtigung der Bauteilgeschichte sind durchgängig qualitativ und quantitativ zufrieden stellende Ergebnisse für die Praxis zu erwarten. Schließlich sind gute Dokumentationen und validierte Bespielrechnungen nötig, um den alltäglichen Einsatz der Software zu erleichtern.
Schweißsimulation im Fahrzeugbau - Möglichkeiten, Grenzen und Herausforderungen
2005
6 Seiten, 8 Bilder, 10 Quellen
Conference paper
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