Beitrag der Prozeßsimulation zur Entwicklung komplexer by Volker Szentmihalyi

By Volker Szentmihalyi

Die yorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter des Zentrums Fertigungstechnik Stuttgart. Herro o. Prof. em. Dr.-lng. Dr. h.c. Kurt Lange danke ich herzlich fUr das mir entgegengebrachte Vertrauen sowie die konsequente und groBziigige Unterstiitzung bei der DurchfUhrung meiner Untersuchungen. Herro Prof. Dr.-lng. ok. Langenbeck danke ich fUr die freundliche Ubernahme des Mitberichts und die sich daraus ergebenden wertvollen Anregungen. Weiterhin gilt mein Dank Herro Professor Jean-Loup Chenot yom Ecole Nationale Superieure des Mines de Paris fUr die Moglichkeit zur DurchfUhrung der 3D-FEM Simulationen sowie Herro Prof. Dr.-lng. Klaus Siegert fUr die Unterstiitzung bei der DurchfUhrung der sich anschlieBenden Experimente mit den Einrichtungen des lnstituts fiir Umformtechnik der Universitat Stuttgart. Mein besonderer Dank gilt Herro Dipl.-lng. Achim Ruf und seiner Numerik-Gruppe fUr die wertvollen Ratschlage und die kreative Unterstiitzung bei der DurchfUhrung und Auswertung der Simulationen. Ferner mochte ich mich bei allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des lnstituts fUr Umformtechnik sowie bei meinen Studentinnen und Studenten bedanken, die mich tatkrliftig bei der Anfertigung meiner Arbeit unterstiitzt haben.

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Echtzeitsimulation zur Prozeßführung komplexer Systeme: Entwurf und Realisierung eines Systems zur interaktiven graphischen Modellierung und zur modularen/verteilten Echtzeitsimulation verkoppelter dynamischer Systeme

Inhaltsübersicht: Einführung. - Simulation als systemtheoretische Methode. - Problematik komplexer Prozesse und modellbasierende Lösungen. - examine existierender Simulationssysteme. - Anforderungen für die Prozeßführung. - Anforderungen für die Modellierung. - Konzept einer Modellentwicklungsumgebung (MEU).

Entwicklung einer flexibel automatisierten Nähanlage

Die vorliegende Arbeit entstand wiihrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut fUr Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart. Herrn Professor Dr. -Ing. Dr. h. c. mult. H. J. Warnecke danke ich fiir seine wohlwollende Unterstiitzung und Forderung der Arbeit.

Kontinuumsmechanik: Elasto-, Plasto- und Kriechmechanik

Ausgehend von den Grundlagen der Kontinuumsmechanik behandelt der Autor in diesem didaktisch besonders gelungenen Lehrbuch das plastische und elastische Werkstoffverhalten unter besonderer Ber? cksichtigung mathematischer Verfahren. Erstmals enthalten ist auch eine fundierte Kriechmechanik sowohl isotroper als auch anisotroper Materialien.

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Die Grundlagen der FEM wurden in der Literatur bereits ausfiihrlichst dargestellt /113, 114, 115/, weshalb in den folgenden Abschnitten nur auf wiehtige Begriffe und Besonderheiten der angewandten Simulationsprograrnme eingegangen wird. 1 Das 3D-FEM-Programm FORGE3 Das vom Centre de Mise en Fonne des Materiaux (CEMEF), Sophia Antipolis, Frankreich, urspriinglich vorwiegend fiir die Betrachtung von Warmumfonnvorgiingen konzipierte FEM-Prograrnm FORGE3 wurde fiir die Simulation des QuerflieBpressens von schragverzahnten Stirnradern eingesetzt, da es zum Zeitpunkt der Projektplanung das einzige Prograrnm mit lauWihigern 3D-Rerneshing-Modul darstellte, ohne das der ProzeB nur ein kleines Stiick weit Mtte sirnuliert werden konnen.

Das iilmlich dem Norton-Hoff-Gesetz gewiihlt wurde. gebildet. Der Kontakt ist einseitig. ein Werksruckknoten kann mit dem Werkzeug in Beriihrung kommen oder es verlassen aber nicht in das Werkzeug eindringen. Die Einhaltung der Inkompressibilitiitsbedingung wird tiber die Penalty-Methode niiherungsweise gesichert. Zur numerischen LOsung wird der gesamte SimulationsprozeB mit einer UpdatedLagrange-Methode in kleine Zeitschritte zerlegt. Die LOsung des nicht linearen Gleichungssystems erfolgt mit der Newton-Raphson-Methode.

Zum Einsatz kamen bei der verzahnten Matrize sowohl pulvermetallurgisch hergestellte Kaltarbeitsstlihle wie CPM Rex M4, K 190 PM und ASP23 als auch schmelzmetallurgisch gefertigte Werkstoffe wie X 155 CrVMo 12 1 und ROeS. Zu deren radialen Vorspannung wurden herk~mmliche Doppelarmierungen, bandgewickelte Armierungen und bandgewickelte Armierungen mit Hartmetallring verwendet. 3 Werkstiickgeoauigkeit ohoe Korrektur der Werkzeuge Die beim QuerflieBpressen erzielbare Qualitllt der schrllgverzahnten Stirnrader hllngt auBer von der Qualitllt der abformenden Werkstiickkontur in starkem MaBe von den hohen PreBkrliften und den darnit verbundenen elastischen Deformationen der einzelnen Zllhne sowie der elastischen Aufweitung der gesamten Matrize abo Wllhrend fUr Laufrllder in PKW-Getrieben Qualitllten der Klassen 6 bis S beim 2.

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