Methodik zur Beschreibung der Spannungsentwicklung beim inkrementellen thermischen Biegen und deren Integration in ein optimiertes FEM-Modell
Final Report Abstract
Im bearbeiteten Projekt ist das Verständnis des In-Prozess-Spannungsverhaltens beim inkrementellen laserstrahlbasierten Biegen an Blechproben aus Aluminium und Edelstahl signifikant erweitert worden. Dazu sind Resultate aus experimentellen Untersuchungen in die Validierung von numerischen Modellen des Umformprozesses eingeflossen und damit die Möglichkeit geschaffen worden, das Geschehen im Inneren des Werkstücks zu analysieren. Die eingesetzten Messinstrumente bestanden insbesondere aus dem optischen Dehnmesssystem ARAMIS0.8 mit dem Dehnungen im laufenden Umformprozess fortwährend erfasst werden konnten. Zudem ist eine ebenfalls kontinuierliche Aufzeichnung des Temperatur-Zeit-Verlaufs mittels der VarioCam-Thermokamera durchgeführt worden. Mit der Nachbildung des Prozessgeschehens per thermo-mechanischer Struktursimulation unter Einsatz der FEM-Software ABAQUS ist eine Mehrinformation geschaffen worden, welche aufgrund der generierten Datenfülle nicht mehr manuell zu handhaben war. Dies ist vom Projektbeginn an antizipiert worden, so dass, wie vorgesehen, ein Klassifizierungsalgorithmus zum Einsatz kam, der die zu untersuchenden inkrementellen Spannungsverläufe in Ähnlichkeitsklassen eingeteilt hat. Die vier resultierenden Klassen stellen unterschiedlich ausgeprägte Änderungen des Spannungsverhaltens bei wiederholter Laserbestrahlung dar. Der Vorteil dieser Methodik liegt in der örtlichen und zeitlichen Identifikation des Klassenbereichs im Werkstück. Es hat sich gezeigt, dass die Klassenbereiche, sich sinnvoll in Abhängigkeit des zeitlichen Versatzes zur Position der Laserquelle und der Dickenlage darstellen lassen. Die Ausnahme dazu bildet der kantennahe Bereich am Anfang und Ende der Bestrahlbahn. Mit der klassenorientierten Betrachtungsweise konnte die Auswirkung unterschiedlich gewählter Prozessparameter auf Längs- bzw. Querspannungen in kompakter Ausdruckweise ausgedrückt werden. Des Weiteren sind die gewonnen Einsichten in die Implementierung einer Simulationsmethode des thermischen Biegens mittels Ausnutzung des inkrementellen Prozesscharakters und einer Strukturdekomposition eingeflossen.
Publications
- Energy Distribution Characteristics at Defocused Laser Heating along High Curvature Paths. In: Mathematical Modelling and Information Technologies in Welding and Related Processes. E.O. Paton Electric Welding Institute of the NAS of Ukraine, Kiev 2010. 33 – 37
Grden, M., Mundt, J., Vollertsen, F.
- In-process measurements of the mechanical behavior of aluminum sheets during laser beam forming, Hrsg. F. Vollertsen (Ed.) – Thermal Forming an Welding Distortion, Proceedings of IWOTE’11, Bremen, 2011, S. 293 – 303
Grden, M.; Vollertsen, F.
