Ermittlung günstiger Schweißtechnologien zur Verzugsminimierung durch Finite-Elemente-Analysen sowie durch die Entwicklung und den Einsatz optischer Feldmeßmethoden

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Die Minimierung des schweißbedingten Verzugs ist bei Stahl- und besonders bei Aluminiumbauteilen bzw. -konstruktionen eine nach wie vor wichtige Aufgabe. Im vorgeschlagenen Forschungsvorhaben sollen deshalb durch umfassende Finite-Elemente-Analysen des schweißbedingten Spannungs- und Verformungszustandes am Institut für Schweißtechnik sowie durch den Vergleich mit entsprechenden flächendeckenden Verformungsmessungen am Institut für Meßtechnik und Experimentelle Mechanik günstige Vorgehensweisen für die Herstellung verzugsarmer Schweißkonstruktionen ermittelt werden. Aufbauend auf den im ersten Antragsabschnitt an Modellplatten mit einer Schweißnaht ermittelten Erkenntnissen zur Analyse schweißbedingter Formänderungen durch den flächendeckenden Vergleich von Rechnungen und Versuch besteht das Ziel im zweiten Antragsabschnitt darin, Möglichkeiten zur rechnerischen Verzugsoptimierung von komplexen Bauteilstrukturen mit mehreren Schweißnähten aufzuzeigen. Das Verzugsverhalten von Konstruktionen mit mehreren Schweißnähten wird maßgeblich durch die bei der Herstellung der einzelnen Nähte festgelegte Reihenfolge, d.h. durch die Schweißfolge, bestimmt. Um solche Reihenfolgeeffekte bzw. die dabei auftretenden Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Schweißnähten mit FEM in praktisch handhabbaren Rechenzeiten untersuchen zu können, sollen spezielle Vorgehensweisen zur FE-Modellbildung für komplexe praxisrelevante Schweißbauteile (adaptive Vernetzung, Substrukturtechnik) erweitert und auch neu entwickelt werden, die eine wesentliche Verkürzung der dafür benötigten Rechenzeit bewirken. Für die erfolgreich und zuverlässige Anwendung der dafür zu erstellenden FE-Modellbildungen ist deren experimentelle Überprüfung sowie gegebenenfalls eine iterative Anpassung der Modellannahmen notwendig, die zunächst an einer T-Stoßverbindung als einem notwendigen Zwischenschritt und anschließend an einer für die industrielle Praxis repräsentativen Bauteilstruktur erfolgen soll. Für die durchzuführenden Verzugsmessungen soll das Rasterverfahren dienen, das sich in den bisherigen Untersuchungen an Schweißverbindungen als das leistungsstärkste Feldmeßverfahren erwiesen hat und sich am besten an die besonderen Bedingungen des Lichtbogenschweißens (hohe Wärmeeinwirkung, Schweißspritzer etc.) anpassen ließ. Um dieses Meßverfahren mit Erfolg auch für Verzugsmessungen bei komplexen Bauteilstrukturen einsetzen zu können, sind vor allem hinsichtlich der Meßgenauigkeit und des gleichzeitige Erfassens von Formänderungen in räumlich unterschiedlich zueinander angeordneten Ebenen entsprechende Weiterentwicklungen erforderlich. Insgesamt sollen die geplanten Forschungsarbeiten die Voraussetzungen schaffen, die FE-Methode zu einem zuverlässigen und praktikablen Werkszeug zur Analyse des schweißbedingten Verzugs und der Schweißbedingungen für kleinstmöglichen Verzug an praxisrelevanten Bauteilstrukturen zu entwickeln und an die Stelle der - zumindest bei Neukonstruktionen - relativ unsicheren empirischen Erfahrungen oder aufwendiger Vorversuche zu setzen und damit beträchtliche Kosten zu sparen.