Entwicklung effizienter numerischer Simulationsalgorithmen für CNC-gesteuerte inkrementelle Umformverfahren
Final Report Abstract
Diese Arbeit befasste sich mit der Entwicklung effizienter numerischer Methoden für die Finite-Element-Simulation elastoplastischer inkrementeller Metallumformprozesse. Es wurden Techniken entwickelt, die implizite Finite-Element-Simulation zu beschleunigen, die aufgrund der sehr mobilen Umformzone und der stark nichtlinearen Feldgleichungen auch heutzutage noch sehr teuer ist. Die Grundidee dieser Arbeit war es, die Simulation prozessoptimiert zu gestalten: Während das Werkstück mit einem relativ groben FE-Netz diskretisiert wird, wird die Umformzone mit einem sehr feinen Gitter aufgelöst, das sich unabhängig vom groben Gitter bewegt. Im Gegensatz zu klassischen adaptiven Schemata wird dadurch viel weniger komplizierte Neuvernetzungsarbeit notwendig. Die Schnittstelle zwischen den beiden Berechnungsgittern ist klein und übersichtlich gehalten, so dass eine hocheffiziente block-iterative Lösung mit zwei verschiedenen FEl-Programmen implementiert werden konnte, die jeweils speziell auf das lokale bzw. auf das globale zugeschnittene Programme verwenden. Um die Nichtlinearitäten von der globalen Rechnung fernzuhalten, tauschen die beiden Gitter Informationen über die plastische Verformungsgeschichte und die Kontaktspannungen aus. Resultate und Algorithmen aus verschiedenen Disziplinen der numerischen Mathematik und der Festkörpermechanik (Kontaktprobleme, Gebietszerlegungsmethoden, iterative Löser, Plastizität usw.) wurden verwendet, um die richtigen Schnittstellen-Bedingungen zu finden. Insgesamt konnten Wege gefunden und umgesetzt werden, implizite FE-Codes so zu beschleunigen, dass praktikable Simulationszeiten in naher Zukunft erreichbar scheinen.
Publications
- A primal-dual active set strategy for elastoplastic contact problems in the context of metal forming processes. COMPLAS VIII, Barcelona, 7. September 2005
S. Brunßen
- A primal-dual active set strategy for elastoplastic contact problems in the context of metal forming processes. In: R. Owen, E. Onate, and B. Suarez, editors, Computational Plasticity VIII, 2, pages 823-826. Int. Center for Numerical Methods in Engrg., CIMNE, September 2005
S. Brunssen, M. Bambach, G. Hirt, and B. Wohlmuth
- Aktive Mengenstrategien angewandt auf plastische Kontaktprobleme. Zwischenkolloquium SPP 1146, Bonn, 16. März 2006
S. Brunßen
- Dynamical contact modeling with a primal-dual active set strategy and applications. IUTAM Symposium on Computational Contact Mechanics, Hannover, 06.11.2006
S. Brunßen
- Modeling and simulation of elastoplastic forming processes. Technical Report 014, Universität Stuttgart, SPP 1146, 2006
S. Brunssen
- A fast and robust method for contact problems by combining a primal-dual active set strategy and algebraic multigrid. Internat. J. Numer. Methods Engrg., 69:524-543, 2007
S. Brunssen, F. Schmid, M. Schäfer, and B. Wohlmuth
- A mortar based contact formulation for non-linear dynamic problems using dual Lagrange multipliers. In: E. Onate, D.R.J. Owen, and B. Suarez, editors. Computational Plasticity IX, 1, pages 133-136. Int.Center for Numerical Methods in Engrg., CIMNE, 2007
S. Hartmann, S. Brunssen, E. Ramm, and B. Wohlmuth
- An Elastoplastic Coupling Algorithm for the Simulation of Incremental Metal Forming Processes. Coupled Problems 2007, St. Eulalia, Spanien, 21.05.2007
S. Brunßen
- An elastoplastic coupling algorithm for the simulation of incremental metal forming processes. In: E. Onate, M. Papadrakakis, and B. Schrefler, editors. Computational Methods for Coupled Problemes in Science and Engineering II, pages 133-136. Int. Center for Numerical Methods in Engrg., CIMNE, May 2007
S. Brunssen and B. Wohlmuth
- Antragsvorstellung Förderperiode 2007-2009, Projekt WO 671/4-1, Berichtskolloquium SPP 1146, Bonn, 22.02.2007
S. Brunßen
- Beschleunigte FE Simulation inkrementeller Metallumformung durch eine überlappende Gebietszerlegungsmethode. Arbeitskreistreffen SPP 1146, Chemnitz, 28.08.2007
S. Brunßen
- Contact Dynamics with Lagrange Multipliers. In: P. Wriggers and U. Nackenhorst, editors. Computational Methods in Contact Mechanics, volume 3 of IUTAM Bookseries, pages 17-32. Springer, 2007
S. Brunssen, S. Hueber, and B. Wohlmuth
- Entwicklung effizienter numerischer Simulationsalgorithmen für CNC-gesteuerte inkrementelle Blechumformverfahren. Berichtskolloquium SPP 1146, Bonn, 21.02.2007
S. Brunßen
- Unilateral non-Unear dynamic contact of thin-walled structures using a primal-dual active set strategy. Internat. J. Numer. Methods Engrg., 70:883-912, 2007
S. Hartmann, S. Brunssen, E. Ramm, and B. Wohlmuth
- Contact analysis and overlapping domain decomposition methods for dynamic and nonlinear problems. PhD thesis, Universität Stuttgart, 2008
S. Brunssen
- Simulation of elastoplastic forming processes using overlapping domain decomposition and inexact Newton methods. In: B. Daya Reddy, editor, Symposium on theoretical, computational and modelling aspects of inelastic media, volume 11 of IUTAM Bookseries, pages 155-164. Springer, 2008
S. Brunssen, C. Hager, B. Wohlmuth, and F. Schmid
- An overlapping domain decomposition method for the simulation of elastoplastic incremental forming processes. Internat. J. Numer. Methods Engrg., 77:1224-1246, 2009
S. Brunssen and B. Wohlmuth
- Entwicklung effizienter numerischer Simulationsalgorithmen für CNC-gesteuerte inkrementelle Umformverfahren. Abschlusskolloqium SPP 1146, Bonn, 9.-10.09.2009
E. Savenkov
- Nonlinear complementarity functions for plasticity problems with frictional contact. Comput. Methods Appl. Mech. Engrg., 198:3411-3427, 2009
C. Hager and B. Wohlmuth
- Overlapping domain decomposition method for plasticity and contact. Arbeitstreffen SPP 1146, Darmstadt, 23.04.2009
E. Savenkov
