Entwicklung einer gekoppelten fluid- und strukturmechanischen Simulationsmethode für den Rührreibschweißprozess und experimentelle Validierung

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Ziel des beantragten Projekts ist die Entwicklung einer Simulationstools zur Darstellung des Rührreibschweißprozesses, mit welchem sich die Eigenschaften der Schweißnaht und die Prozesskräfte vorhersagen lassen. Um der Komplexität der Aufgabe gerecht zu werden soll das Projekt als Verbundprojekt zwischen dem Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und dem Institut für Materialprüfung, Werkstoffkunde und Festigkeitslehre durchgeführt werden. Die Beschreibung des Rührreibschweißprozesses wirft sowohl struktur- als auch strömungsmechnanische Fragestellungen auf. Am IMWF wird dafür aufbauend auf einem bestehenden Simulationswerkzeug der strukturmechanische Anteil abgebildet. Am IMVT wird ein Simulationstool entwickelt, welches die Geschwindigkeits- und Temperaturfelder unter Berücksichtigung der freien Phasengrenze beschreibt. Für beide Ansätze werden Gesetze zur Beschreibung des Werkstoffverhaltens und der durch Reibung eingetragenen Energie benötigt, welche am IMWF anhand von experimentellen Untersuchungen für den Anwendungsbereich des Rührreibschweißprozesses ermittelt werden. Insbesondere wird dabei auch das Plastifizieren des Werkstoffes, im vorliegenden Fall von Aluminium berücksichtigt. Die beiden Simulationstools werden mit einer zu implementierenden Programmierschnittstelle verbunden. Aus den Simulationen lassen sich dann charakteristische Größen wie Form, Dimension sowie die Eigenschaften der Schweißnaht bestimmen. Diese werden insbesondere aus dem Deformationsverhalten der Fluidelemente bestimmt. Validiert werden die Simulationen anhand experimenteller Untersuchungen, wobei die Struktur der Schweißnaht durch metallographische Schliffe und computertomographische Aufnahmen unter Einmischung von Fremdlegierungen bestimmt wird. Aus diesen lassen sich Rückschlüsse auf die Temperatur- und Geschwindigkeitsfelder ziehen.