Modellierung von lasergestützten, inkrementellen Formgebungsprozessen an großen Blechformteilen

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Die Modellierung von lasergestützten, inkrementellen Formgebungsprozessen, wie zum Beispiel dem Laserstrahlumformen, beschränkt sich derzeit auf stark vereinfachte analytische Modelle bzw. auf die FE-Simulation einfacher Geometrien bzw. Bestrahlungsmuster. Die konventionelle FE-Simulation stößt bei komplexeren Geometrien und Bestrahlungsmustern derzeit schnell an ihre Grenzen, insbesondere da die hohen lokalen Temperaturgradienten eine feine Vernetzung und kleine Zeitschrittweiten in der thermischen Berechnung erfordern. Ziel des Forschungsprojektes ist es zum einen, die derzeit eingesetzten FE-Simulationstechniken durch geeignete Algorithmen zu ergänzen, mit denen der inkrementelle Charakter lasergestützter Formgebungsprozesse genutzt wird. Zum anderen soll auf Basis dieser Untersuchungen eine Methodik entwickelt werden, bei der zeitaufwändige thermisch-mechanisch gekoppelte durch rein mechanische Rechnungen mit entsprechenden Belastungsmodellen ersetzt werden. Neben dem zu erwartenden signifikanten Geschwindigkeitsvorteil dieser Methode eröffnet sich durch diesen Ansatz auch die Möglichkeit, FE-Programme einzusetzen, die speziell für die Simulation von Umformprozessen optimiert und entsprechend effizient sind. Stellungnahme eines Sondergutachters für Werkstoffkunde: Gegenstand des vorliegenden Forschungsantrages ist es den extrem hohen Rechenzeitaufwand bei der Simulation thermischer Umformprozesse durch geschickt verknüpfte Modelle signifikant zu verkürzen. Die bisher zur Verfügung stehenden Verfahren erfüllen diese Forderung nur bedingt. Zur Lösung dieses anspruchsvollen und wichtigen Problems werden unterschiedliche Teilansätze genannt. Der Kern des Vorhabens ist, die thermischen Berechnungen vollständig in die mechanischen Berechnungen zu integrieren. Sollte dies gelingen, so stellt diese Möglichkeit einen großen Fortschritt für die Berechenbarkeit der thermischen Umfomprozesse dar.