Das Schweißen ist ein sowohl verfahrenstechnisch als auch personell aufwendiges und ressourcenintensives Verfahren, das obendrein noch mit einer Menge Emissionen verbunden ist. Anderseits schreitet die Digitalisierung weiter voran. So können seit einiger Zeit auch Schweißprozesse realitätsnah simuliert werden. Mit ihr können viele Phänomene beim Schweißen aufgezeigt werden und produktionsrelevante Vorhersagen gemacht werden.
TIME hat sich die industrielle Anwendung der Schweißsimulation auf die Fahne geschrieben. So kann ausgehend von den im Schweißbetrieb vorliegenden Daten wie WPS und Schweißfolgeplan zutreffend der Schweißverzug vorhergesagt werden und bereits am Computer Vorschläge für eine optimierte Schweißreihenfolgen und Spannkonzepte aufgezeigt werden. Darüber hinaus gibt es eine Vielzahl von Fragestellungen rund ums Schweißen, die mit moderner Software effizient gelöst werden können. So können beispielsweise Eigenspannungszustände analysiert werden, Gefüge und Mikrostruktur der Schweißnaht und WEZ bestimmt werden oder kritische Temperaturzustände analysiert und verbessert werden.
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Die Verformungsanalyse wird verwendet, wenn bekannt ist, dass die innerhalb der Konstruktion auftretenden Spannungen unkritisch sind. Hierbei erreicht die FE-Analyse mit einer relativ groben Vernetzung schnell eine konvergente Lösung. Durch die Beurteilung der Verformungen ist es leicht möglich, konstruktive Merkmale von Bauteilen so abzuändern, dass mit möglichst wenig Material bei Wanddicken oder geometrischer Verteilung eine sehr gute Steifigkeit herbeiführt werden kann.
Bei der Verformungsuntersuchung kann sowohl das lineare, als auch das nichtlineare Werkstoffverhalten berücksichtigt werden. Unter Berücksichtigung des nichtlinearen Verhaltens, also seiner plastischen Verformbarkeit ist die FE-Analyse aufwendiger. Eine Verformungsanalyse kann durch die Festigkeitsanalyse ergänzt werden.
Die Festigkeitsanalyse erfolgt analog zur Verformungsanalyse, muss jedoch für konvergente Ergebnisse mit feinerer Vernetzung durchgeführt werden und benötigt deshalb mehr Rechenzeit. Das Ziel der Festigkeitsanalyse ist die Ermittlung der vorherrschenden Beanspruchung bei bekannten Belastungssituationen. Dies erfolgt üblicherweise durch die Berechnung der sich ergebenden Spannungen (Reaktionsspannungen).
Die Festigkeitsanalyse kann indirekt auch als Mittel zur materialeffizienten Konstruktion genutzt werden. Die Ausnutzung der beanspruchungsarmen, also überdimensionierten Bereiche könnte durch eine veränderte Konstruktion gesteigert werden.
Der Festigkeitsnachweis erfordert umfangreichere Betrachtungen. Mittels FEM werden dabei die Berechnungsspannungen ermittelt, welche den gleichfalls zu ermittelnden zulässigen Spannungen gegenüber gestellt werden. Die Ermittlung der zulässigen und der Berechnungsspannungen erfolgt unter Berücksichtigung von Normen oder Regelwerken, wie z.B. der FKM-Richtlinie, welche häufig im Maschinenbau angewandt wird.
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Temperaturfelder können stationär oder transient, also zeitlich veränderlich sein. Bei der Berechnung der Temperaturfelder kann Folgendes berücksichtigt werden:
Ein Sonderfall der gekoppelten Analyse ist die Schweißstruktursimulation. Dabei werden über eine bewegliche Wärmequelle das zeitabhängige Temperaturfeld und die aus den thermischen Dehnungen entstehenden Verformungen und Eigenspannungen der Schweißkonstruktion berechnet.
Derzeit bietet Ihnen TIME die Analyse des Bauteilverzugs für die Schweißprozesse MIG, MAG und WIG an. Weitere Prozesse aus dem Bereich des Widerstandspressschweißens sind geplant.
Wollen Sie die Auswirkungen von beliebigen Lasten auf ein System oder Bauteil im Frequenzbereich oder zeitlichen Verlauf ermitteln?
Wollen Sie anhand der Struktur und des Materials die Eigenfrequenzen (Resonanzen) oder die Eigenformen (Schwingformen) mit der Modalanalyse ermitteln?
Eine lineare Berechnung der Eigenformen (Moden, Schwingformen) und Eigenfrequenzen (Resonanzen).
Sie basiert auf dem Zusammenhang zwischen Steifigkeit und Masse.
Die Beanspruchung des Systems wird im Frequenzbereich ermittelt.
Vorgegeben ist eine harmonische Belastung als Sinusschwingung mit Amplitude (Last) und Phase (Versetze Lasten).
Anhand des Amplitudengangs können kritische Frequenzen ermittelt und die dort vorherrschenden Spannungen, Dehnungen und Verformungen berechnet werden.
Dies ist eine lineare Simulation.
Es werden zeitlich veränderliche (transiente) Lasten wie Kräfte, Drücke, Verschiebungen, usw. verwendet und ihre Auswirkung auf das System simuliert.
Als Ergebnisse können unter anderem Spannungen, Dehnungen und Verformungen zeitabhängig ermittelt werden.
Dies ist die flexibelste Methode der Strukturdynamik und ermöglicht eine nichtlineare Berechnung (Material richtungsabhängig, Reibung, große Verformungen, usw.).
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57537 Wissen/Sieg
