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Monday, September 11, 2023, Mailand 12:00 PM Innovationen in der Fügetechnik |
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Numerische Simulation eines gekoppelten MSG-Lichtbogen-Schmelzbad-Modells |
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Felix Weigelt* / TU Dresden, Professur Fügetechnik und Montage, Deutschland Marcus Trautmann / TU Dresden, Professur Fügetechnik und Montage, Deutschland Tim Ungethüm/ TU Dresden, Professur Fügetechnik und Montage, Deutschland Sebastian Manzke/ TU Dresden, Professur Fügetechnik und Montage, Deutschland Uwe Füssel/ TU Dresden, Professur Fügetechnik und Montage, Deutschland |
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Mithilfe numerischer Simulationen von Schweißprozessen können präzise Vorhersagen getroffen und bei Bedarf aufwändige Versuchsreihen für die Herstellung komplexer Bauteile reduziert werden. Da hierbei die Wechselwirkungen von Lichtbogen und Werkstückoberfläche eine zentrale Rolle spielen, führt eine gekoppelte Betrachtung dieser Teilgebiete zu einer Reduzierung der modellseitigen Annahmen. Daher wurde ein gekoppeltes MSG-Prozessmodell entwickelt welches aus den Teilmodellen des Lichtbogens (Finite-Volumen-Methode) sowie des Schmelzbads (SPH-Methode) besteht und durch deren Kombination mit einem geeigneten Kopplungsalgorithmus die gegenseitige Abhängigkeit berücksichtigt wird. In diesem Konferenzbeitrag soll die Entwicklung des gekoppelten Gesamtmodells vorgestellt werden. Dieser Beitrag wird im Rahmen des DFG -Projektes FU 307/18-1 gefördert. Zunächst wurden Schweißversuche zur Ermittlung von Randbedingungen sowie Validierungsparametern durchgeführt. Mithilfe dieser Werte konnte ein weiterentwickeltes, dreidimensionales MSG-Lichtbogenmodell validiert werden. Des Weiteren wurde ein partikelbasiertes Schmelzbadmodell unter der Berücksichtigung des Werkstoffübergangs aufgestellt. Diese Teilmodelle wurden Seitens des Lichtbogens durch die Variation der Verteilung der Wärmestromdichte, des Lichtbogendrucks sowie der Schubspannung und Seitens des Schmelzbades durch die Veränderung der Oberflächentopologie des Werkstücks miteinander gekoppelt. Durch die Gegenüberstellung der Schmelzzonenabmessungen konnte abschließend das Gesamtmodell validiert und die hohe Aussagekraft festgestellt werden. |