Umformsimulation

Einflüsse des Umformvorgangs auf die Bauteileigenschaften im Griff

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Basierend auf den positiven Ergebnissen hat Cadfem den inversen Solver FTI Forming Suite in die Simulationsumgebung Ansys Workbench integriert. Ziel war, nicht nur eine Übertragung der Daten aus der Umformsimulation in die Strukturmechanik zu realisieren, sondern die Integration der Umformsimulation in den gesamten Prozess zu ermöglichen. Neben der einfachen Anwendbarkeit der Lösung FTI Forming Module for Ansys sollten auch die im Entwicklungsprozess auftretenden Produktänderungen schnell und effizient berücksichtigt werden.

Umformsimulationen laufen innerhalb der Workbench ab

Die Projektseite (Bild 3) zeigt die Integration der FTI Formingsuite in ein Ansys-Projekt für eine strukturmechanische Berechnung. Basierend auf einer zu analysierenden Baugruppe können für die relevanten Bauteile die einzelnen Umformsimulationen innerhalb von Ansys Workbench durchgeführt werden. Der Anwender hat vollen Zugriff auf die FTI-Forming Suite-Oberfläche und deren Funktionalität.

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Nach erfolgreicher Umformsimulation werden in der strukturmechanischen Analyse den einzelnen Bauteilen die Umformergebnisse zugewiesen und auf das Netz der Strukturmechanik übertragen. In der anschließenden Ansys-Berechnung werden dann die Verfestigung und die Dickenverteilung berücksichtigt. Diese haben zum Teil einen signifikanten Einfluss auf das Simulationsergebnis. Auftretende Produktänderungen können durch die vollständige Integration der FTI Forming-Suite in Ansys Workbench schnell und effizient betrachtet werden. Eine erneute Definition des Workflows ist nicht erforderlich, da FTI Forming Module for Ansys diese Änderungen erkennt und sämtliche Berechnungsergebnisse einschließlich Mapping aktualisiert.

Der Arbeitsablauf und seine Ergebnisse können anhand eines 3-Punkt-Biegeversuches einer B-Säule dargestellt werden (Bild 4). Die B-Säule wird in der Simulation sowie im Versuch am Fuß und am Kopf fest eingespannt. Belastet wird das System durch einen um die Y-Achse gelenkig gelagerten Stempel. Eine ebenfalls analysierte Variante mit beweglichen Auflagern ergab keine nennenswerten Unterschiede in den Ergebnissen. Aus diesem Grund wurde die numerisch einfacher zu betrachtende fixierte Lagerung bevorzugt.

Umformhistorie unterstützt Verbesserung der Simulation

Durch die Berücksichtigung der Umformhistorie (Blechausdünnung und plastische Vergleichsdehnung) konnte eine deutliche Verbesserung des simulierten Verlaufes der Kraft-Weg-Kurve erreicht werden. Die Berücksichtigung der Umformhistorie ergab eine Änderung der maximalen Kraft von 15,9 % und eine deutlich bessere Übereinstimmung mit den Versuchsergebnissen.

Viprof ist ein vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördertes Projekt (O2PC1097).

* Dipl.-Ing. Tobias Menke ist Produktmanager bei der Cadfem GmbH in 30177 Hannover, Dipl.-Ing. Sebastian Pinner ist Projektleiter bei der Volkswagen AG in 38448 Wolfsburg.

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