Gemeinsamer FuE-Abschlussbericht des Verbundprojektes  „Durchgängige Virtualisierung der Entwicklung und Pro-           du...
Inhaltsverzeichnis1     Einführung, Motivation und Zielstellung .............................................................
3.7 Entwicklung einer systemübergreifenden Datenablage im PDM-System       zur Realisierung einer durchgängigen Simulation...
1     Einführung, Motivation und ZielstellungWie auch andere Branchen, die sich im globalen Wettbewerb befinden, ist die A...
bilität ab. Somit soll ein maximales Maß an Synergien erzielt werden (siehe Abbil-dung 2). [PINSB11]      Abbildung 2: Übe...
Aufbau               Aggregate              Fahrwerk               …..                                                    ...
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Literatur:[PIN109]     Pinner, S. et al.: Durchgängige Virtualisierung der Entwicklung             und Produktion von Fahr...
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1. Analyse des                                         12. ProjektmanagementIst-Zustandes2. Untersuchung   / Bewertung Pro...
Als Anwendungspartner lieferte die VW AG geeignete Musterbauteile (siehe Abbil-dung 5) zur Bestandsaufnahme von Daten und ...
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Prozesskette betrachteten Simulationen sind Schalenelemente, so dass eine Be-trachtung der Datenübertragung zwischen Schal...
Software/Format     FormingSuite/   Sysweld/   PAMSTAMP/   PAMCRASH/ Eigenschaften                        *.key           ...
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[Oeck10, Peetz03, Scho07, Wallm04, Shep68, Wolf09]. Für das Projekt stellte derSCAIMapper alle benötigten Mapping-Funktion...
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P1 + P2 +                                                       + P6                                                      ...
Die Abweichung für 84% der Messungen an diesem Bauteil liegt insgesamt unter5%. Die Mapping-Qualität kann damit für die sk...
Abbildung 16: Absolute Abweichung der plastischen Dehnung nach dem Mapping            der Umformergebnisse (inkrementell) ...
nach dem Mapping deutlich größer sind als bei den skalaren Größen Blechdicke undplastische Dehnung. Abbildung 18 zeigt die...
In Abbildung 19 sind die 1. und 2. Hauptspannung an der äußeren Oberfläche der B-Säule dargestellt. Es ist zu erkennen, da...
a) Baugruppe                     b) Umformsimulation (inkrementell)                                 B-Säule innen         ...
Die Fügesimulation wurde dazu mit unterschiedlichen Eingangsdaten durchgeführt: 1. Standard Eingangsdaten inkl. Ausgangsbl...
Blechdicken, Spannungen und plastischen Dehnungen aus dem Umformprozesskonnten an dieser Baugruppe jedoch keine Auswirkung...
[Oeck10]    Oeckerath, A. & Wolf, K.: Improved Product Design Using Mapping In            Manufacturing Process Chains, 9....
3.3   Teilprozesskette Umformen und Fügen (ESI)3.3.1 Simulation der Bauteilerzeugung mittels UmformenDie Simulation der He...
Ein weiterer wesentlicher Aspekt, der sich nur sinnvoll mit einem über alle Umform-stufen erstellten Bauteil betrachten lä...
CAD Ziehanlage                      CAD Daten                                                                      CAD A  ...
schließend die Herstellungshistorie aus Gewerk A ohne Abbildungsfehler daraufübertragen (gemappt). Damit ist ein wesentlic...
Abbildung 26: Mögliche Projektionsfehler                   bei linearer Projektion von Netz A auf Netz B3.3.3 Untersuchte ...
jeweils in rot dargestellt Hauptbauteile                 Säule B innen       Verstärkung Säule B   Verstärkung Stegblech  ...
Um die Sensitivität der Datenübertragung in Relation zur Netzausprägung zu unter-suchen, wurden die wesentlichen drei Mapp...
Stamp                     Weld                     CrashAbbildung 30: Einfluss der Netzausprägung auf die Übertragung der ...
Stamp               Weld              Crash        Abbildung 31: Verluste bei der Übertragung von Spannungstensoren3.3.5 S...
Abbildung 32: Laserschweißnähte (a) und MAG-Schweißnähte (b) der Baugruppe               Abbildung 33: RPS-Spannpunkte der...
zum Vergleich noch der Schweißverzug auf Basis der CAD-Daten ohne Fertigungs-historie einbezogen. Untersucht wurden die in...
Verschiebungen in y-Richtung    Mit beiden Größen             Nur Blechdicken        Nur plastische DehnungAbbildung 34: Ü...
Da der betrachtete Schweiß-Zusammenbau einem Serienstand entspricht, ist derauftretende Verzug sehr gering und damit eine ...
3.3.7 Schweißverzugssimulation mit der Methode der NeuvernetzungDie Notwendigkeit der Untersuchung des Einflusses der Auff...
Die darüber hinaus interessierende Fragestellung ist, ob die Route 1 bei zusätzlicherBerücksichtigung der Spannungstensore...
Im Projekt VIPROF wurde die Lacktrocknungssimulation in die Prozesskette mit auf-genommen, um den Einfluss vorgelagerter F...
Temperatur-                Mechanische Berech-                   Vorgespannte  berechnung                 nung mit Tempera...
Abbildung 41: Begleitende Eigenwertanalyse (rechts) bei einem stark zum Beulen                       neigenden Bauteil (ni...
Abbildung 42: Begleitende Eigenwertanalyse während der Trocknungssimulation der B-Säule unter Verwendung konstanter Blechd...
Abbildung 43: Sensitivitätsanalyse der B-Säule im „virtuellen Teststand“. Ein Ang-riffspunkt ist gelagert, auf den anderen...
Abbildung 44: Begleitende Eigenwertanalyse der B-Säule im virtuellen Prüfstand mit steigender Belastung (Dargestellt sind ...
Verweilzeit des Materials auf einem Temperaturniveau. Während sich in Simulatio-nen unterhalb dieses Temperaturniveaus kei...
Simulation an den Knoten ermittelt wurde und so kein Informationsverlust entsteht.Für die Haltezeiten sind die Ergebnisse ...
Abbildung 47: Unterschiedliche Materialeigenschaften aufgrund verschiedener Tem-                        peraturniveaus im ...
Die Ergebnisübertragung kann aber auch über einen XML-basierten Mapping-Prozess erfolgen, der momentan noch manuell gestüt...
Zur Definition von Ampelkriterien für die Lacktrocknungssimulation innerhalb desModul-Cockpits ist sowohl ein Erreichen de...
Abschlussbericht des Projekts Viprof
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Das Ziel des Vorhabens Viprof bestand in der Verknüpfung von Produktentwicklung und Fertigungstechnik zu einer durchgängigen, digitalisierten und kooperativen Entwicklungs- und Produktionsplanung. Die erforderlichen CAE-Systeme wurde übergreifend integriert und eine fertigungsgerechte Konstruktion von Bauteilen ermöglicht, die bisher aufgrund organisatorischer und prozessualer Unzulänglichkeiten nicht realisiert werden konnte. Informationen über das Produkt- und Anlagenverhalten standen in einem frühen Stadium der Produkt- und Prozessentwicklung zur Verfügung. Der gesamte Produktionsprozess wurde in einer durchgängigen Prozesskettensimulation abgebildet, wobei sich das Projekt auf die Kopplung der Prozesse Umformen, Fügen und Lackieren beschränkte.

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Abschlussbericht des Projekts Viprof

  1. 1. Gemeinsamer FuE-Abschlussbericht des Verbundprojektes „Durchgängige Virtualisierung der Entwicklung und Pro- duktion von Fahrzeugen (VIPROF)“ Förderkennzeichen: 02PC1090 bis 1097Autoren:Dr.-Ing. Cord Steinbeck-Behrens, Tobias Menke (CADFEM GmbH)Jochen Steinbeck, Matthias Schroeder, Hongzhi Duan (ESI GmbH)Alexander Hoffmann, Uwe Brylla (ARC Solutions GmbH)Dr.-Ing. Steffen Kulp, Sebastian Pinner (Volkswagen AG)Prof. Dr.-Ing. Martin Rambke, Lena Leck (Ostfalia HaW)Prof. Dr.-Ing. Birgit Awiszus, Dr.-Ing. Susanne Bolick, Jeannette Katzenberger (TUChemnitz)Marcel Schulz (TU Berlin)Dr.-Ing. Christoph Runde, Achim Czaykowska (VDC Fellbach)Dr.-Ing. Klaus Mager (Ingenieurbüro Mager, Unternehmensberatung) Januar 2012
  2. 2. Inhaltsverzeichnis1 Einführung, Motivation und Zielstellung ............................................................... 42 Ablauf des Vorhabens ......................................................................................... 93 Lösungsansätze, durchgeführte Arbeiten und Teilergebnisse ........................... 12 3.1 Überblick Prozesskettensimulation .............................................................. 12 3.2 Datenübertragung in der Prozesskette (Ostfalia HaW) ................................ 13 3.2.1 Simulationsprogramme in der Prozesskette .......................................... 13 3.2.2 Mapping ................................................................................................. 14 3.2.3 Sensitivitätsanalyse ............................................................................... 24 3.3 Teilprozesskette Umformen und Fügen (ESI) .............................................. 29 3.3.1 Simulation der Bauteilerzeugung mittels Umformen .............................. 29 3.3.2 Methode der Neuvernetzung ................................................................. 30 3.3.3 Untersuchte Baugruppe ......................................................................... 33 3.3.4 Sensitivität der Datenübergabe in Relation zur Netzfeinheit .................. 34 3.3.5 Simulation des Schweißverzugs mit dem Weld Planner ........................ 37 3.3.6 Sensitivität des Schweißverzugs hinsichtlich der aus der Fertigungshistorie übertragenen Größen ............................................... 38 3.3.7 Schweißverzugssimulation mit der Methode der Neuvernetzung .......... 42 3.4 Simulation der Lacktrocknung in der Prozesskette (CADFEM) .................... 43 3.4.1 Ergebnisse der Sensitivitätsanalyse ...................................................... 44 3.4.2 Untersuchung von Einflüssen des Bake-Hardening-Effektes ................ 49 3.4.3 Zusammenfassung der Ergebnisse von CADFEM ................................ 53 3.5 Abgleich der Simulationsprozesskette an Praxisbeispielen (VW) ................ 55 3.5.1 Katalog gewerkespezifischer Eingangsgrößen ...................................... 55 3.5.2 Übertragung von Simulationsdaten mit XML-Konverter ......................... 56 3.5.3 Vergleich OneStep- und inkrementelle Umformsimulation .................... 61 3.5.4 Bewertung der Prozesskettensimulation................................................ 66 3.5.5 Validierung der Prozesskettensimulation ............................................... 73 3.5.6 Modulcockpit.......................................................................................... 76 3.6 Strukturierte Ablage heterogener Daten im Kontext von Wiederverwendbarkeit und Weiterverwendbarkeit (TU Berlin) .................... 78 3.6.1 Allgemeines ........................................................................................... 78 3.6.2 Konversion............................................................................................. 79 3.6.3 Das VIPROF-XML-Datenformat ............................................................ 82 3.6.4 Funktionsweise und Begrenzungen des XML-Konverters ..................... 89 2
  3. 3. 3.7 Entwicklung einer systemübergreifenden Datenablage im PDM-System zur Realisierung einer durchgängigen Simulationsprozesskette (TU Chemnitz, ARC Solutions GmbH) ......................................................... 92 3.7.1 Problemstellung und Ziele ..................................................................... 92 3.7.2 Durchgängiges Datenmanagement ....................................................... 93 3.7.3 Entwicklung von Datenablagestrukturen................................................ 96 3.7.4 Ableitung von Referenzprozessketten zur Datenablage ...................... 105 3.7.5 Automatisierung von Referenzprozessketten mittels Workflows ......... 108 3.7.6 Kopplung der Prozesssimulation Umformen – Fügen – Lackieren ...... 113 3.7.7 VIPROF Modulcockpit zur Erhöhung der Transparenz im Entwicklungsprozess ........................................................................... 114 3.8 Perspektiven des Mittelstands (VDC) ........................................................ 1174 Zusammenfassung der Ergebnisse ................................................................. 121 4.1 Bewertung der Ergebnisse ......................................................................... 121 4.2 Darstellung der durchgängigen Simulationsprozesskette VIPROF anhand eines Anwendungsbeispiels .......................................................... 1245 Ausblick ........................................................................................................... 131 5.1 Ausblick Volkswagen ................................................................................. 131 5.2 Transfer der Ergebnisse von CADFEM...................................................... 132 5.3 Transfer der Ergebnisse von ESI für Zulieferer mit VisualDSS .................. 134 5.4 Ausblick der ARC Solutions GmbH ............................................................ 136 5.5 Ausblick der Ostfalia HaW ......................................................................... 136 5.6 Datentechnischer Ausblick der TU Berlin ................................................... 137 5.7 Ausblick Professur Virtuelle Fertigungstechnik .......................................... 1376 Öffentlichkeitsarbeit ......................................................................................... 139Das diesem Bericht zugrunde liegende Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesmi-nisteriums für Bildung und Forschung im Programm „Management und Virtualisie-rung der Produktentstehung” im Rahmenkonzept „Forschung für die Produktion vonmorgen“ gefördert und unter der Projektträgerschaft des Karlsruher Instituts fürTechnologie (KIT) durchgeführt. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentli-chung liegt bei den Autoren. 3
  4. 4. 1 Einführung, Motivation und ZielstellungWie auch andere Branchen, die sich im globalen Wettbewerb befinden, ist die Auto-mobilindustrie mit ihren komplexen Produkten steigenden Kundenanforderungen,einem hohen Kostendruck, kürzer werdenden Produktlebenszyklen und einer Zu-nahme an Produktvarianten ausgesetzt. Gerade die steigenden Anforderungen anVerbrauchseffizienz und CO2-Reduzierung werden zukünftig verstärkt zu weiterenFahrzeugvarianten mit alternativen Antrieben sowie Leichtbaukarosserien führen. DieAbbildung 1 verdeutlicht, dass der Trend der kontinuierlichen Zunahme der Fahr-zeugsegmente von 1985 bis heute ungebrochen ist. [PINSB11] Abbildung 1: Anstieg der Fahrzeugsegmente seit 1985 [PINSB11]Um die mannigfaltigen Anforderungen zu erfüllen, sind neue Strategien in der Pro-duktentwicklung erforderlich. Dazu zählen u.a. verschiedene Strategien zur Gleichtei-lenutzung in der Pkw-Karosserie. Während man früher eine reine Plattformstrategieverfolgte, setzt man heute schon verstärkt auf Module (Lenkung, Motor, Getriebe,Interieur), die über verschiedene Fahrzeugklassen eingesetzt werden. Für die Zu-kunft wird das Ziel verfolgt, diese Strategie weiter auszubauen und zu einer reinenModulstrategie, z. B. Modularer Diesel Baukasten oder modularer Vorderwagen etc.,überzugehen. Die Module bilden dabei einen Baukasten mit kombinierbaren Elemen-ten. Die Standardisierung für Produkt und Prozess sichert die konzernweite Kompati- 4
  5. 5. bilität ab. Somit soll ein maximales Maß an Synergien erzielt werden (siehe Abbil-dung 2). [PINSB11] Abbildung 2: Übergang von der Plattform zur Modulstrategie [PINSB11]Um die Komplexität, die aus dieser Strategie erwächst, zukünftig noch beherrschenzu können, müssen vor allem Techniken und Strategien zum Produktdatenmanage-ment weiterentwickelt werden. Weiterhin muss im verstärkten Maße auf eine virtuelleProduktabsicherung entlang der Prozesskette gesetzt werden.Die Absicherung der Produkteigenschaften erfolgt entsprechend der Entwicklungs-disziplinen (Aufbau, Aggregate, Fahrwerk, etc.) mit unterschiedlichen Simulations-methoden. Eine virtuelle Absicherung der Herstellbarkeit entlang der Produktions-prozesskette (Einzelteil, Karosseriebau, Lackierung) findet nachfolgend in den Pla-nungsbereichen statt (siehe Abbildung 3). Durch die vornehmlich disziplinorientierteArbeitsweise und eine fehlende Transparenz erfolgt die belastbare Validierung derHerstellbarkeit in der Regel erst nach der maßgeblichen Produktgestaltung. Weiter-hin ist ein prozessübergreifender Ergebnistransfer (Umformung, Fügen, Lackierung)auf Grund fehlender Schnittstellen und methodischen Unterschieden in den Prozess-simulationen bisher nicht möglich. Darüber hinaus werden fertigungstechnische Ein-flüsse auf die Produkteigenschaften (insbesondere die Crash-Performance) immernoch nicht detailliert erfasst und während der Produktentwicklung berücksichtigt.[PIN109] 5
  6. 6. Aufbau Aggregate Fahrwerk ….. Entwicklungsdisziplinen Crash Betriebsfestigkeit Aerodynamik VirtuelleProduktentwicklung Steifigkeit Aeroakustik ...... Simulationsmethoden Produktentwicklung Produktlastenheft, Konstruktionsdaten, Stücklisten etc. Umformsimulation Fügesimulation Lackiersimulation VirtuelleProzessabsicherung Ergonomiebetrachtung Gießsimulation ...... Simulationsmethoden Prozessabsicherung Umformprozesse Karosseriebau Lackierung Montage Abbildung 3: Virtuelle Produktentwicklung und Prozessabsicherung [PIN109]In den letzten Jahren hat neben der Automatisierung in vielen Bereichen der Produk-tionstechnik das Engineering mit CAE-Werkzeugen (Computer Aided Engineering)Einzug gehalten. Für die Entwicklung und Planung von Produkten, Maschinen undAnlagen sind leistungsfähige Methoden und Softwareapplikationen entstanden. Ge-rade kritische Bereiche, wie z. B. Festigkeitsbetrachtungen, Umformtechnik, thermi-sche Belastungen oder Schweißanwendungen, sind inzwischen durch Simulations-werkzeuge abgedeckt, mit denen virtuell Optimierungen vorgenommen werden kön-nen. Somit sind CAE-Technologien nicht als Neuerung zu betrachten, da sie in vielenBereichen der Produktentstehung als Einzelanwendung bereits integriert sind. Je-doch handelt es sich meist um isolierte Insellösungen, die einen bestimmten Prob-lembereich behandeln, und nicht um durchgängige Planungsinstrumente. [PIN109]Es fehlt insbesondere eine auf der Informations- und Kommunikationstechnologie(IKT) basierte Verknüpfung zwischen der Konstruktion und Entwicklung auf der einenSeite und der Fertigungsplanung auf der anderen Seite. Bisher können Daten zwi-schen den Simulationsprogrammen für einzelne Prozesse meistens nur von Handübertragen werden. Übertragungs-Tools – wenn überhaupt vorhanden – verbindenmaximal zwei Glieder der Simulationskette, wie z. B. der SCAI-Mapper zwischen Um-form- und Crash-Simulation. Automatische Verknüpfungen dieser Werkzeuge, diezumeist von unterschiedlichen Herstellern stammen, gibt es kaum. Strategien zurDatenhaltung im Sinne des Produktdatenmanagements befinden sich noch im For-schungsstadium. In der Folge können bisher Änderungen, die sich in einem Bereich 6
  7. 7. ergeben, nur mit hohem Aufwand in anderen Bereichen berücksichtigt werden. Daprozessübergreifende Werkzeuge fehlen, können Fehler in der Produktentwicklungnach wie vor erst spät aufgedeckt werden und verursachen hohe Kosten. [PIN109]Daher bestand das Ziel des Projekts „VIPROF“ in der Verknüpfung von Produktent-wicklung und Fertigungstechnik zu einer durchgängigen, digitalisierten und koope-rativen Entwicklungs- und Produktionsplanung. Ein besonderer Schwerpunkt wurdeauf die durchgängige Verknüpfung der Simulationen des Umformens, Fügens undLackierens gelegt. Die Auswirkungen der Berücksichtigung der Fertigungshistorie aufdie Produkteigenschaften sollten in der Crash-Simulation bewertet werden.Am Projekt haben die folgenden Partner teilgenommen:Partner / Profil Beitrag im ProjektCADFEM GmbH Koordination des Verbundprojektes, Integration der Lackier-(Software-Haus) trocknungssimulation VPS/DRY in die Prozesskettensimula- tionESI GmbH Integration der Umform- und Fügesimulation in die Prozess-(Software-Haus) kettensimulationARC Solutions GmbH Implementierung von Daten- und Variantenmanagement,(Dienstleister) Umsetzung des Workflow-ManagementsVW AG Erstellung Lastenheft, Erprobung und Validierung der Pro-(Anwender) zesskettensimulationITP Ostfalia HaW Umformsimulation, Mapping zwischen den Prozessen, Ab-(F&E) gleich OneStep Solver zur inkrementellen Simulation, Er- probungProfessur Virtuelle Entwicklung der Referenzprozesse und –modelleFertigungstechnik(VIF) der TU Chemnitz(F&E)Institut für Wirtschafts- Entwicklung Datenarchitektur, Datenmodellierung und -informatik und integration, Schnittstellenkonzeption, Datenmapping, Stan-Quantitative Methoden dardisierung der Simulationsdatender TU Berlin (F&E)VDC Fellbach Analyse bei den meist mittelständischen Mitgliederfirmen zur(Dienstleister) Bedarfslage hinsichtlich einer Prozesskettensimulation, Auf- bau Web-Präsenz, Aufbau eines Industriearbeitskreises „Vir- tualisierung“. 7
  8. 8. Literatur:[PIN109] Pinner, S. et al.: Durchgängige Virtualisierung der Entwicklung und Produktion von Fahrzeugen, Fachtagung Digitales Enginee- ring, Fraunhofer Wissenschaftstage, 16.-18. Juni, Magdeburg, 2009.[PINSB11] Pinner, S.; Steinbeck-Behrens, C.: Übersicht Prozesskettensimu- lation. 2. VIPROF Industriearbeitskreis, 22. November, Stuttgart, 2011. 8
  9. 9. 2 Ablauf des VorhabensDas Vorhaben war in 12 Arbeitspakete (AP) eingeteilt, die in Tabelle 1 aufgeführtsind. Ein Pert-Diagramm des Arbeitsplans mit einer Kennzeichnung der mehr daten-oder mehr prozessbezogenen Arbeitspakete ist in Abbildung 4 gezeigt.AP Titel Federführung Mitarbeit 1 Analyse des Ist-Zustandes VW Alle Partner 2 Untersuchung und Bewertung der Pro- IPT CADFEM, ESI, zessgrößen in der Prozesskette VW 3 Aufbau Architektur für Daten- und Varian- TUB VIF, ARC, VW tenmanagement 4 Kopplung der Prozesssimulationen Um- TUB Alle Partner formen – Fügen – Lackieren 5 Implementierung Daten- und Varianten- ARC CADFEM, ESI, management als VIPROF-Module VW, VIF, TUB 6 Bewertung der Ergebnisgüte VW CADFEM, ESI, IPT 7 Definition von Referenzprozessen und VIF ARC, VW, IPT, -modellen für durchgängige Prozesskette TUB, VDC 8 Erweiterung der Prozesskette mit komp- CADFEM ESI, ARC, IPT lexen Modellen 9 Test und Validierung VW CADFEM, ESI, ARC, VIF10 Entwicklung VIPROF-Modulcockpit ARC VW, IPT, VIF, TUB11 Verbreitung der Projektergebnisse VDC Alle Partner12 Projektmanagement CADFEM Alle Partner Tabelle 1: Übersicht der Arbeitspakete und der Verantwortlichkeiten (IPT = Institut für Produktionstechnik der Ostfalia HaW, VIF = Professur Virtuelle Fertigungstechnik, TU Chemnitz, TUB = Institut für Wirtschaftsinformatik und Quantitative Methoden der TU Berlin) 9
  10. 10. 1. Analyse des 12. ProjektmanagementIst-Zustandes2. Untersuchung / Bewertung Prozessgrößen 3. Aufbau 4. Kopplung der Daten- Prozess- architektur simulationen 5.Implementierung 6. Bewertung VIPROF-Module Ergebnisgüte 8. Erweiterung mit komplexen 7. Definition Modellen 11. Ver- Referenzpro- breitung zesse und 9. Test und Vali- der Er- -modelle dierung geb- nisse 10. Entwicklung VI- PROF-Modulcockpit Abbildung 4: Pert-Diagramm des Arbeitsplanes (Daten – Prozesse)Entsprechend der Einteilung „Daten“ und „Prozesse“ wurden zu Beginn des Projek-tes die Arbeitsgruppe Daten (VW, ARC, VIF und TUB), die eine Bestandsaufnahmedes PDM-Systems durchführte, und die Arbeitsgruppe Mapping (CADFEM, ESI, VWund IPT), die sich mit dem SCAIMapper1 und den Sensitivitätsanalysen (AP 2) be-fasste, gegründet. Die Arbeitsgruppe Mapping verständigte sich darauf, den SCAI-Mapper im VIPROF-Projekt einzusetzen. Das IPT stand hierzu im Kontakt mit demFraunhofer SCAI-Institut, das sich bereit erklärte, projektspezifische Anpassungenam SCAIMapper vorzunehmen.1 Mit dem SCAIMapper können durch Modellinterpolation die Umform- und Crash-Simulation gekop-pelt werden. Diese Software wurde vom Fraunhofer SCAI-Institut und dem ISD der Universität Stutt-gart entwickelt. 10
  11. 11. Als Anwendungspartner lieferte die VW AG geeignete Musterbauteile (siehe Abbil-dung 5) zur Bestandsaufnahme von Daten und Prozessen und zur späteren Validie-rung der Prozessverkettung. Die notwendigen Bauteil- und Prozessdaten wurden vonVW erhoben. Den Partnern wurden die CAD-Daten und Prozessbeschreibungen fürdie Musterbauteile zur Verfügung gestellt. Abbildung 5: Musterbauteile des VW Touran als Gegenstand der ProzesskettensimulationDie Musterbauteile stammten vom Serienfahrzeug VW Touran GP. Die Teileauswahlsollte eine Crash-relevante Baugruppe, jedoch keine warm umgeformten Bauteilebeinhalten. Die Auswahl fiel auf die Baugruppe B-Säule mit Schwellerverstärkung, danur dort Laserschweißverfahren eingesetzt werden. Der Sitzquerträger ist für dieCrash-Simulation relevant. Um den Schweißverzug zu analysieren, besteht bei VWfür die gewählte Baugruppe eine Messeinrichtung.Die Verwendung von Teilen des Serienfahrzeuges Touran hatte einerseits den Vor-teil, dass umfangreiche Daten und Prozesserfahrungen vorlagen, die an die Koope-rationspartner weitergegeben werden konnten. Andererseits traten bei diesem schonin Serie befindlichen Fahrzeug keine Schwachstellen auf, die durch die Prozessket-tensimulation hätten aufgedeckt werden können, wie es bei Neukonstruktionen derFall wäre, da alle Teile auskonstruiert und getestet waren. 11
  12. 12. 3 Lösungsansätze, durchgeführte Arbeiten und Teiler- gebnisse3.1 Überblick ProzesskettensimulationIm Rahmen der virtuellen Absicherung werden heute fertigungstechnische Einflüsseauf die Produkteigenschaften noch nicht detailliert erfasst und während der Produkt-entwicklung berücksichtigt. Die Herstellungsprozesse haben jedoch einen umfangrei-chen Einfluss auf die Produkteigenschaften und müssen in der Simulation berück-sichtigt werden, denn die Produkteigenschaften resultieren aus der Summe derdurchlaufenen Prozesse, welche sich gegenseitig überlagern und beeinflussen. Der-artige Einflussgrößen für den Bereich Karosseriebau sind in Abbildung 6 dargestellt. Abbildung 6: Einflussgrößen der Fertigungsprozesse auf die Produkteigenschaften [PIN209]Besonders Eigenspannungen und Verzug bedingen sich gegenseitig und könnensich negativ auf die erforderlichen Produkteigenschaften, wie z. B. Form- und Maß-haltigkeit oder das Crash-Verhalten, auswirken. Wechselwirkungen innerhalb derProzesskette Presswerk – Karosseriebau – Lackierung sind beispielsweise:• Blechdicken- und Spannungsverteilung im Bauteil nach dem Tiefziehen,• Entstehung von lokalen Entfestigungen und Spannungen in den Bauteilen durch thermische Fügeverfahren, 12
  13. 13. • Induzierung thermischer Spannungen in die Karosserie durch hohe Temperaturen im Lacktrockner (lokal unterschiedliche Wärmekapazitäten bedingt durch die Blechdickenverteilung in den Bauteilen).Zukünftige Karosseriekonzepte werden - getrieben vom Leichtbau - immer komple-xer. Als Beispiel sei hier der zunehmende Einsatz an pressgehärteten Strukturbautei-len oder der immer häufiger eingesetzte Materialmix in heutigen Automobilkarosse-rien genannt. Moderne Materialien, wie z. B. Mehrphasenstähle, besitzen Eigen-schaften, die vorrangig von der Fertigungshistorie abhängig sind. Umso bedeutenderwird es zukünftig sein, die aus den durchlaufenen Herstellungsprozessen resultie-rende Fertigungshistorie der Bauteile und Baugruppen bei der Simulation der Pro-dukteigenschaften durch Kopplung der Simulationstools zu berücksichtigen. [PIN209]3.2 Datenübertragung in der Prozesskette (Ostfalia HaW)Um das Ziel einer durchgängigen Prozesskette erreichen zu können, müssen dieeinzelnen Simulationen miteinander verbunden werden. Die dafür notwendige Da-tenübertragung besteht aus den zwei Teilbereichen Konversion und Transformation.Der Bereich der Konversion wird in diesem Kapitel nur angerissen; er wird in Kapitel3.6 ausführlich dargestellt. Der Bereich der Transformation wird im Abschnitt 3.2.2näher erläutert.Da der Zeitaufwand für die Datenübertragung wirtschaftlich bleiben sollte, ist es sinn-voll zu ermitteln, welche Ergebnisdaten die nachfolgenden Simulationen wie starkbeeinflussen. Dazu wird eine Sensitivitätsanalyse (Abschnitt 3.2.3) durchgeführt. An-hand der Ergebnisse kann dann entschieden werden, für welche Ergebnisdaten dieDatenübertragung wirtschaftlich ist.3.2.1 Simulationsprogramme in der ProzessketteIn diesem Projekt wurden entlang der Prozesskette Simulationsprogramme der Soft-warepartner ESI GmbH und CADFEM GmbH eingesetzt.Die Umformsimulation wurde mit einem in der Automobilindustrie etablierten inkre-mentellen Solver (PAM-STAMP) durchgeführt. Da der Einsatz der inkrementellenUmformsimulation aufgrund der notwendigen Methodenplanung und der Entwicklungder Ziehanlage einen hohen Zeitaufwand erfordert, wird diese in der Praxis erstdurchgeführt, wenn der Konstruktionsstand der Karosseriebauteile einen entspre- 13
  14. 14. chenden Reifegrad erreicht hat. Dies hat zur Folge, dass die Simulationsdaten derUmformsimulation im frühen Entwicklungsprozess bei der Auslegung der Produktei-genschaften, insbesondere bei der Crash-Berechnung, nicht zur Verfügung stehen.Aus diesem Grund wird im Projekt VIPROF zusätzlich ein One-Step-Solver (For-mingSuite) als alternative Simulationsmethode für die frühe Produktentwicklungspha-se eingesetzt. Bei der inversen Simulation (One-Step-Simulation) wird die Geome-trieänderung in einem Schritt rückwärts vom Bauteil zur Platine berechnet. Für dieDurchführung werden nur die CAD-Geometrie und die Werkstoffdaten benötigt. Dergegenüber der inkrementellen Umformsimulation fehlende Werkzeugkontakt führtz. B. zur Einschränkung der Faltenvorhersagbarkeit.Für die Fügesimulation wurde eine Berechnung des Schweißverzugs mit dem WeldPlanner durchgeführt. Die Lacktrocknung wurde mit VPS/DRY und der Crash mitPAM-CRASH simuliert.3.2.2 MappingDie Analyse der Import und Export-Schnittstellen dieser Software zeigten, dass dieerste Herausforderung bei der Übertragung von Daten zwischen den Simulations-programmen unterschiedlicher Hersteller unterschiedliche Schnittstellen sind. DieseSchnittstellen unterscheiden sich in den kompatiblen Formaten, so dass ein Einlesender Ergebnisdaten in die nachfolgende Simulationssoftware in der Regel nicht ohneZwischenschritte möglich ist. Zusätzlich unterscheiden sich auch die FEM-Netze unddie verwendeten Bezugskoordinatensysteme. Abbildung 7: Vernetzung Umformsimulation; Links: Dreieckelemente; rechts: ViereckelementeDie auffälligsten Unterschiede zwischen den FEM-Netzen sind - wie in Abbildung 7zu erkennen ist - die Elementform und die Elementgröße. Die Elemente aller in der 14
  15. 15. Prozesskette betrachteten Simulationen sind Schalenelemente, so dass eine Be-trachtung der Datenübertragung zwischen Schalen- und Volumenelementen nichtstattgefunden hat. Bei den Schalenelementen gibt es Dreieck- und Viereckelemente.Weiterhin ist in Abbildung 8 zu erkennen, dass die Netze abhängig von der Simulati-on unterschiedlich fein sind. Die Netze der Umformsimulationen sind in den Radienfeiner vernetzt, weil die Geometrie der Radien nur mit kleinen Elementen ausrei-chend genau diskretisiert werden kann und zusätzlich in diesen Bereichen die stärk-sten Verformungen auftreten. Bei der Fügesimulation sind die Bereiche, in denen dieSchweißnähte liegen, feiner vernetzt, während die anderen Bauteilbereiche grobvernetzt sind. Die Vernetzung für die Crash-Simulation und die Lacktrockungssimula-tion ist gleichmäßig grob, weil in diesen Simulationen die gesamte Karosserie be-rechnet wird und bei einer feineren Vernetzung der Zeitaufwand zu groß wäre.a) Umformsimulation b) Fügesimulation c) Crash-Simulation Abbildung 8: FEM-NetzeZusätzlich zu diesen auf den ersten Blick sichtbaren Unterschieden gibt es weitere inder Elementdefinition. Schalenelemente haben, wie in Abbildung 9 dargestellt ist,Gauss- und Integrationspunkte. Die „Gauss-Punkte“ sind Integrationspunkte (Gauss-Quadratur) in der Elementebene, während mit der Bezeichnung „Integrationspunkte“in der Regel Integrationspunkte über der Elementdicke gemeint sind. Wie viele Integ-rationspunkte für die Berechnung benötigt werden, hängt von dem Simulationsver-fahren und dem simulierten Prozess ab. Weiterhin werden abhängig vom Format dieskalaren und tensoriellen Größen pro Integrationspunkt oder pro Knoten abgelegt.Was bedeutet, dass selbst bei identischen Netzen eine Interpolation der Daten vonden Knoten auf die Integrationspunkte oder andersherum erfolgen muss. Bei dentensoriellen Größen gibt es zusätzlich noch Unterschiede in den Bezugskoordinaten-systemen. Einige Formate speichern die Größen im globalen System, andere jeweilsim Elementkoordinatensystem. Dadurch ist für die tensoriellen Größen eine Koordi-natentransformation der Tensoren notwendig. 15
  16. 16. Software/Format FormingSuite/ Sysweld/ PAMSTAMP/ PAMCRASH/ Eigenschaften *.key *.asc *.M01 *.pc Koordinatensystem Fahrzeug Fahrzeug Werkzeug Fahrzeug Knoten pro Element 3 (3)4 (3)4 (3)4 Gauss-Punkte 1 (1)4 1 1 Integrationspunkte über der Dicke 3 5 5 5 Blechdicke Abhängig von Nein Ja Ja Ja Gauss-Punkten Abhängig von Integ- Nein Nein Nein Nein rationspunkten Bezug Knoten Knoten Element Element Spannungen Abhängig von Ja Ja Ja Ja Gauss-Punkten Abhängig von Integ- Ja Nein Ja Ja rationspunkten Bezug Element Knoten Element Element Dehnungen Abhängig von Nein Ja Nein Nein Gauss-Punkten Abhängig von Integ- Nein Nein Nein Nein rationspunkten Bezug Element Knoten Element Element Plastische Abhängig von Ja Ja Ja Ja Vergleichs- Gauss-Punkten dehnung Abhängig von Integ- Ja Nein Ja Ja rationspunkten Bezug Element Knoten Element Element Tabelle 2: Eigenschaften bzw. Standardeinstellungen der im Projekt eingesetzten Formate Abbildung 9: Integrations- und Gauss-PunkteDarüber hinaus werden die Bauteile abhängig von dem simulierten Prozess in unter-schiedlichen Koordinatensystemen beschrieben. In der im Projekt VIPROF aufgebau-ten Prozesskette liegen die Bauteile in der inversen Umformsimulation im Fahrzeug- 16
  17. 17. koordinatensystem, weil die Simulation auf der CAD-Geometrie aufbaut und dasBauteil im CAD-System in der Gesamtkarosserie eingebaut ist. Die inkrementelleUmformsimulation dagegen verwendet ein Bauteilkoordinatensystem und ein Zieh-koordinatensystem. Die Lage der Bauteile zueinander nach den Umformsimulationenist in Abbildung 10 dargestellt.Das Fügenetz liegt - wie das Netz der inversen Umformsimulation - in Einbaulagevor, weil es auf der CAD-Geometrie aufbauend erstellt wurde. Auch Lacktrocknungs-und Crashsimulation bauen beide auf der Gesamtkarosserie auf, so dass die Netzeebenfalls im Fahrzeugkoordinatensystem liegen. Abbildung 10: Bauteillage inkrementelle Umformsimulation (rot) und Fügesimulation (grün)In der betrachteten Prozesskette sind alle Netze außer dem der inkrementellen Um-formsimulation in der Einbaulage definiert. Eine Koordinatentransformation für dasgesamte Netz muss also für alle Mapping-Prozesse erfolgen, in denen Daten derinkrementellen Umformsimulation übertragen werden sollen.Allgemein müssen also für eine Übertragung der Ergebnisgrößen zum einen Koordi-natentransformationen zwischen den unterschiedlichen Koordinatensystemen undzum anderen Interpolationen der Daten zwischen den Elementen, Knoten, Integrati-ons- und Gauss-Punkten erfolgen.Um diese Funktionen nicht neu entwickeln zu müssen wurde eine Literatur- undSoftware-Recherche durchgeführt. Eine Untersuchung unterschiedlicher Methodenzur Übertragung von Geschichtsvariablen aus der Umform- in die Crashsimulation istzum Beispiel in [Zöll04] dargestellt. Neben den herstellerinternen Methoden [Cafo03]hat sich der SCAIMapper, durch seine Möglichkeit unterschiedliche Formate einzule-sen, für die Kopplung von Umform- und Crashsimulation als herstellerunabhängigesund damit universelles Werkzeug herausgestellt. Der SCAIMapper hat die Möglich-keit zur automatisierten Lageausrichtung der Bauteile (im Folgenden als „Ein-schwimmen“ bezeichnet), kann die Dateiformate unterschiedlicher Software-Hersteller einlesen und die Interpolation der Daten auf das Zielnetz durchführen 17
  18. 18. [Oeck10, Peetz03, Scho07, Wallm04, Shep68, Wolf09]. Für das Projekt stellte derSCAIMapper alle benötigten Mapping-Funktionen zur Verfügung, so dass er in dieProzesskette als Mappingtool eingebunden wurde.Das Mapping von der Umform- in die Crashsimulation war mit dem SCAIMapperproblemlos möglich, was jedoch noch keine Aussage über die Eignung für die ande-ren Prozesse zuließ, da der Mapper genau für diese Anwendung entwickelt wurde.Das Einlesen der Netze der Füge- und Lacktrocknungssimulation war aufgrund vonFormat-Inkompatibilitäten zunächst problematischer. Diese konnten durch Anpas-sungen des SCAIMappers durch den Entwickler beim Fraunhofer SCAI behobenwerden. In Abbildung 11 sind die Mapping-Ergebnisse von der inkrementellen Um-formsimulation auf alle in der Prozesskette eingesetzten Netze dargestellt.a) b)c) d)Abbildung 11: Darstellung der Blechdicke im Mappingprozess: a) Bauteil Übersicht B-Säule mit Umformergebnissen, b) Umformnetz, c) Fügenetz, d) Lacktrocknungs- und Crash-NetzDie Bewertung der Mapping-Genauigkeit erfolgte zum einen mit den im SCAIMapperverfügbaren Funktionen zur Validierung und zum anderen manuell mit Messpunktenauf den virtuellen Bauteilen. In Abbildung 11 ist zu erkennen, dass die Mapping-Ergebnisse nur so genau sein können wie es die Netzgröße des Zielnetzes zulässt.Das heißt, dass zwei Effekte die Qualität der Mapping-Ergebnisse beeinflussen, zumeinen die Genauigkeitsverluste durch die Interpolation zwischen den Netzen und zumanderen die schlechtere Auflösung des Zielnetzes. Bei der gezeigten B-Säule in Ab-bildung 11 ist zu erkennen, dass Extremwerte aus dem Umformprozess bei der Über- 18
  19. 19. tragung auf das grobe Crashnetz geglättet werden. Es ist daher wichtig, dass bei derWeiterverwendung der Ergebnisse nach dem Mapping beachtet wird, dass mögli-cherweise kritische Werte durch die geglätteten Ergebnisse verloren gegangen sind.In kritischen Bauteilbereichen sollten diese Informationen daher zusätzlich zu derMapping-Datei weiter gegeben werden. Abbildung 12: Abweichung der Blechdicke nach dem Mapping der Umformergebnisse (inkrementell) auf das Crash-NetzDie Datenübertragung der skalaren Größen Blechdicke und plastische Dehnungfunktioniert für alle Mappingprozesse in der untersuchten Kette problemlos. DieWerte werden mit Hilfe von Interpolationsalgorithmen [Oeck10, Shep68] auf dasneue Netz übertragen. Die Bewertung der Qualität wurde zunächst mit Hilfe derValidierungsfunktion des SCAIMappers durchgeführt. In Abbildung 12 ist dieDifferenz zwischen Original Blechdickenverteilungen und der gemapptenBlechdickenverteilung auf dem Bauteil aufgetragen. Die Abweichungen sind kleinerals 40 µm. Nur in Bereichen, in denen die Geometrie nicht übereinstimmt – z. B.aufgrund von in der Umformsimulation nicht berechneten Ausschnitten - liegen dieAbweichungen darüber.Die zweite Methode zur Bewertung der Mapping-Qualität besteht in einem Vergleichder Blechdicken an 20 definierten Messpunkten vor und nach dem Mapping-Prozess.Die Messpunkte werden vorrangig in Bauteilbereichen mit großen Veränderungender Blechdicke sowie Netzbereichen mit sehr grober und sehr feiner Diskretisierungplatziert. In Abbildung 13 ist die Lage der Messpunkte auf dem Bauteil dargestellt.An den betrachteten Messpunkten werden die Werte jeweils über die umgebendenElemente gemittelt, um die Empfindlichkeit des Verfahrens gegen singuläre Spitzenmöglichst gering zu halten. In jedem Punkt wird der auf die Ausgangsblechdicke vordem Mappingprozess bezogene relative Fehler berechnet: s − s0 mit: s: Blechdicke nach dem Mapping Frel = ⋅ 100% s0 s0: Blechdicke vor dem Mapping 19
  20. 20. P1 + P2 + + P6 + P7 + P13 + P20 + P8 + P14 + P15 P3 + +P10 P9 + P16 P4 + +P11 + P17 P5 + +P12 + P18 + + P19 Abbildung 13: Lage der 20 Messpunkte für die Ergebnisgröße Blechdicke auf der BauteilgeometrieAbbildung 14 zeigt die Auswertung des relativen Fehlers beim Mapping der Blech-dicke auf die unterschiedlichen Zielnetze an den 20 Messpunkten. Abweichungenbis maximal 5% werden dabei als gut bewertet und grün dargestellt. In gelbgestellt und als befriedigend bewertet werden Abweichungen im Bereich von 5%bis 10%. Während Messpunkte mit einem relativen Fehler über 10% als mangel-haft eingestuft und rot dargestellt werden. 20 18 16 14 Anzahl Messpunkte 12 ≥ 10% 10 5 - 10% ≤ 5% 8 6 4 2 0 rel. Fehler rel. Fehler rel. Fehler rel. Fehler Umformen inkrementell Umformen invers Umformen inkrementell Umformen invers -> Fügenetz -> Fügenetz -> Crashnetz -> Crashnetz Abbildung 14: Relativer Fehler beim Mapping der Blechdickenverteilung auf Füge- und Crashnetz 20
  21. 21. Die Abweichung für 84% der Messungen an diesem Bauteil liegt insgesamt unter5%. Die Mapping-Qualität kann damit für die skalare Ergebnisgröße Blechdicke alsgut bewertet werden. Dieses Ergebnis stimmt mit der Aussage von Abbildung 12 gutüberein.An insgesamt sechs Messpunkten (P2, P4, P7, P10, P14 und P15) wurde dieMapping-Genauigkeit als befriedigend oder mangelhaft eingestuft. Diese Punkteliegen alle in Bauteilbereichen mit starker Ausdünnung bzw. Aufdickung oder engenRadien. Große Gradienten in der Blechdicke bei feiner Vernetzung im Ausgangsnetzund deutlich größere Elementkantenlängen im Zielnetz im gleichen Bereich führendurch die in diesen Bereichen dann notwendige Interpolation der Blechdickenwertezu größeren Abweichungen in den Mapping-Ergebnissen. Dies zeigt sich auch imVergleich der Mapping-Ergebnisse für die betrachteten FEM-Netze. Je größer dieUnterschiede in den verwendeten Netzen sind, desto größer sind auch dieAbweichungen.Abbildung 15: Plastische Dehnungen nach der inkrementellen Umformsimulation (un- ten) und nach dem Mapping auf das Crash-Netz (oben)In der Prozesskette werden zusätzlich zu der Blechdickenverteilung auch dieplastischen Dehnungswerte als Maß für die Werkstoffverfestigung übertragen. BeimMapping der plastischen Dehnungen müssen in Abhängigkeit von der Anzahl derIntegrationspunkte über der Bauteildicke mehrere Werte übertragen werden.Abbildung 15 zeigt die plastischen Dehnungen nach dem Umformprozess (unten)und die nach dem Mapping auf ein Crashnetz (oben). Es ist zu erkennen, dass dieWerte qualitativ richtig übertragen werden. In den blau dargestellten Bereichen sinddie plastischen Dehnungen sehr gering. 21
  22. 22. Abbildung 16: Absolute Abweichung der plastischen Dehnung nach dem Mapping der Umformergebnisse (inkrementell) auf das Crash-NetzIn Abbildung 16 ist die Differenz zwischen den plastischen Dehnungen nach demUmformprozess und den plastischen Dehnungen auf dem Crash-Bauteil nach demMapping-Prozess aufgetragen. Die Abweichungen liegen in den meistenBauteilbereichen mit signifikanten plastischen Dehnungen bei unter 25%.In denBauteilbereichen mit geringen plastischen Dehnungen (blaue Bereiche in Abbildung15), führen bereits geringe Interpolationsfehler zu großen Abweichungen. In diesenBereichen ist aufgrund der geringen plastischen Dehnung kein großer Einfluss aufdie nachfolgenden Simulationsprozesse zu erwarten. Der Einfluss auf dienachfolgenden Prozesse wird in Kapitel 3.2.2 untersucht und bewertet. Abbildung 17: Vergleichsspannungen in Pa auf dem Umformnetz (unten) und Crash-Netz (oben) nach dem MappingDie Datenübertragung von tensoriellen Größen ist dagegen schwieriger, da diesoren formatabhängig in unterschiedlichen Koordinatensystemen gespeichert wer-den. Dadurch ist ein Vergleich der Tensoren nicht direkt möglich. In der grafischenDarstellung werden daher in der Regel Vergleichswerte gezeigt. In Abbildung 17 istzu erkennen, dass die Abweichungen des dargestellten skalaren Vergleichswertes 22
  23. 23. nach dem Mapping deutlich größer sind als bei den skalaren Größen Blechdicke undplastische Dehnung. Abbildung 18 zeigt die Differenz der Vergleichsspannungenzwischen den Netzen nach der Übertragung der Umformergebnisse auf das Crash-Netz.Abbildung 18: Differenz der Vergleichsspannungen in Pa zwischen Umformnetz und Crash-Netz nach dem Mappinga) 1.Hauptspannungb) 2.Hauptspannung Abbildung 19: 1. und 2. Hauptspannung jeweils nach der Umformsimulation (oben) und nach dem Mapping auf das Crash-Netz (unten) 23
  24. 24. In Abbildung 19 sind die 1. und 2. Hauptspannung an der äußeren Oberfläche der B-Säule dargestellt. Es ist zu erkennen, dass lokale Maxima und Minima bei der Über-tragung auf das deutlich gröber vernetzte Crash-Netz stark geglättet werden. DieAbweichungen entstehen durch die Interpolation der Größen auf das gröbere Netz.Das Mapping von tensoriellen Größen scheint - soweit es anhand der skalaren Ver-gleichsspannung beurteilt werden kann - im Rahmen der durch das Zielnetz vorge-gebenen maximalen Auflösung ausreichend genau zu sein. Die Interpretation dergemappten Daten in den nachfolgenden Simulationen führt jedoch teilweise zu Ab-weichungen, so dass im Einzelfall geprüft werden muss, ob die Daten von der nach-folgenden Simulation richtig interpretiert werden. In der Sensitivitätsanalyse wird ge-prüft, ob das Übertragen von Spannungen in die Folgesimulationen sinnvoll ist undwie empfindlich die Simulationen auf Abweichungen reagieren.3.2.3 SensitivitätsanalyseDas Ziel der Sensitivitätsanalysen ist es zu ermitteln, welche Ergebnisgrößen einenso großen Einfluss haben, dass sie übertragen werden sollten um eine Genauig-keitssteigerung zu erreichen. Dazu werden sowohl die Umformergebnisse aus derinkrementellen als auch aus der inversen Umformsimulation in alle Folgesimulationenübertragen.Es wurden zunächst für alle Bauteile der Baugruppe (Abbildung 20 a) Umformsimula-tionen durchgeführt. Die Hauptbauteile B-Säule innen, Verstärkung B-Säule, Verstär-kung Stegblech Schweller und Sitzquerträger wurden sowohl mit der inkrementellenUmformsimulation (PAMSTAMP 2G) berechnet (Abbildung 20 b), als auch mit derinversen Simulation (FormingSuite) (Abbildung 20 c). Die kleinen Bauteile (Abbildung20 c) Schottteil B-Säule, Verstärkung Wagenheberaufnahme und Schottteil Schwellervorn wurden nur mit der inversen Umformsimulation berechnet. Diese Ergebnissewurden in unterschiedlichen Kombinationen in die nachfolgenden Simulationen über-tragen, um zu prüfen ob dadurch die Simulationsergebnisse beeinflusst werden kön-nen. Einen Überblick über die untersuchten Varianten gibt Abbildung 66. 24
  25. 25. a) Baugruppe b) Umformsimulation (inkrementell) B-Säule innen Verstärkung Stegblech Schweller Verstärkung B-Säule innen Sitzquerträgerc) Umformsimulation (invers) B-Säule innenSchottteil B-Säule Verstärkung Stegblech SchwellerVerstärkung Wagenheberaufnahme Verstärkung B-Säule innenSchottteil Schweller Sitzquerträger Abbildung 20: Bauteilumfang 25
  26. 26. Die Fügesimulation wurde dazu mit unterschiedlichen Eingangsdaten durchgeführt: 1. Standard Eingangsdaten inkl. Ausgangsblechdicken 2. Standard Eingangsdaten und Blechdicken aus der Umformsimulation 3. Standard Eingangsdaten und plastische Dehnungen aus der Umformsimulation 4. Standard Eingangsdaten, Blechdicken und plastische Dehnungen aus der UmformsimulationEin Vergleich der Ergebnisse dieser Fügesimulationen hat gezeigt, dass nur bei Be-rücksichtigung von Blechdicken aus der Umformsimulation die in Abbildung 21 dar-gestellte Verdrehungsrichtung der Baugruppe richtig vorhergesagt werden kann.Weiterhin führt das Weitergeben der plastischen Dehnungen zu geringen Verbesse-rungen. Die Spannungen können von dem für die Fügesimulation eingesetztenWeldplanner nicht weiter verwendet werden, so dass eine Übertragung hier nichtsinnvoll ist. In Kapitel 3.3 werden diese Ergebnisse weiterführend beschrieben.a) b) c)Abbildung 21: a) Verdrehungsrichtung im Versuch, b) Simulationsergebnis ohne Um-formergebnisse, c) Simulationsergebnis mit Blechdicken und plastischen Dehnungen aus der UmformsimulationDie Ergebnisse der Fügesimulation werden für die mit unterschiedlichen Eingangsda-ten durchgeführten Berechnungen jeweils in eine Mapping-Datei geschrieben und fürdie nachfolgenden Simulationen zur Verfügung gestellt.In der Lacktrocknungssimulation wurden Berechnungen mit den Ergebnissen ausUmform- und/oder Fügesimulationen durchgeführt. Bei der Berücksichtigung von 26
  27. 27. Blechdicken, Spannungen und plastischen Dehnungen aus dem Umformprozesskonnten an dieser Baugruppe jedoch keine Auswirkungen auf das Beulverhalten derBaugruppe festgestellt werden. Da die betrachtete Baugruppe aus einem Fahrzeugstammt, welches bereits beulfrei produziert wird, war das aber auch nicht zu erwar-ten. Da während des Trocknungsprozesses im Ofen die Werkstoffe auf Temperatu-ren erhitzt werden bei denen der Bake-Hardening-Effekt auftreten kann, ist es sinn-voll die dadurch auftretende Verfestigung in die nachfolgende Crash-Simulation wei-ter zu geben. Weiterführende Informationen zur Lacktrocknungssimulation und zurÜbertragung des Bake-Hardening-Effekts in die Crashsimulation sind in Kapitel 3.4zu finden.Die Crash-Simulation wurde ohne und mit den Ergebnissen der Umform- und Füge-simulation durchgeführt. Anhand der Ergebnisse der Crash-Simulation wird die ge-samte Prozesskette bewertet. Die Ergebnisse der Crashsimulation zeigen, dass mitder Berücksichtigung von Blechdicken und plastischen Dehnungen aus Umform- undFügesimulation die Art des Bauteilversagens in der Simulation näher an der Realitätliegt, als ohne Berücksichtigung der Fertigungshistorie. Die Ergebnisse der Crashsi-mulation werden in Kapitel 3.5 ausführlich dargestellt.Zusammenfassend ist für die Datenübertragung zwischen den Prozessen festzuhal-ten, dass die Übertragung von Blechdicken und plastischen Dehnungen in die Füge-simulation zu genaueren Simulationsergebnissen führt. Die Übertragung von Ergeb-nissen in die Lacktrocknungssimulation zeigt dagegen für die betrachtete Baugruppekeine Verbesserung. Die Ergebnisse der Crash-Simulation werden wiederum durchdie Übertragung der Blechdicken und plastischen Dehnungen positiv beeinflusst. Zu-sätzlich kann es sinnvoll sein den aus der Lacktrocknung resultierenden Bake-Hardening-Effekt in die Crashsimulation zu übertragen.Literatur[Zöll04] Zöller, A.; Frank, T. & Haufe, A.: Berücksichtigung von Blechumformer- gebnissen in der Crashberechnung, 3. LS-DYNA Anwenderforum, 2004, B-I-1bis B-I-12[Cafo03] Cafolla, J.; Hall, R. W.; Norman, D. P. & Mc Gregor, I. J.: Forming to Crash Simulation in Full Vehicle Models, 4th European LS-Dyna Users Conference, 2003, 4, E-II-17 - E-II-26 27
  28. 28. [Oeck10] Oeckerath, A. & Wolf, K.: Improved Product Design Using Mapping In Manufacturing Process Chains, 9. LS-DYNA Forum, DYNAmore GmbH, 2010[Peetz03] Peetz, J.-V.; Post, P.; Scholl, U.; Wang, Y.; Wolf, K.; D39Ottavio, M.; Kröplin, B. & Waedt, M.: Verbesserung der Crashvorhersage von Ka- rosseriebauteilen durch Einbeziehung von Ergebnissen aus der Um- formsimulation., Symposium 16Simulation in der Produkt- und Prozess- entwicklung 17, 2003, 171-178[Scho07] Scholl, U.: SCAIMapper Kopplung von Umform- und Crashsimulation 6. LS-DYNA Anwenderforum, DYNAmore GmbH, 2007, 6., H-II-1-H-II-6[Wallm04] Wallmersperger, T.; Waedt, M.; DOttavio, M.; Kröplin, B.; Wolf, K.; Post, P.; Peetz, J.-V. & Scholl, U.: Kriterien zur Bewertung des Map- pings von Umform- auf Crashsimulation, 3. LS-DYNA Anwenderforum, DYNAmore GmbH, 2004, D - I - 1 bis D - I - 11[Shep68] Shepard, D.: A two-dimensional interpolation function for irregularly- spaced data, Proceedings of the 1968 23rd ACM national conference, 1968, 517 - 524[Wolf09] Wolf, K.; Schilling, R.; Lüthjens, J.; Hunkel, M.; Wallmersperger, T.; Jankowski, U.; Sihling, D.; Wiegand, K.; Zöllner, A. & Heuse, M.: Coupled FEM Calculations - A CAE Tool to Improve Crash-Relevant Automotive Body Components by Local Hardening, 7th European LS-DYNA Conference, DYNAmore GmbH, 2009 28
  29. 29. 3.3 Teilprozesskette Umformen und Fügen (ESI)3.3.1 Simulation der Bauteilerzeugung mittels UmformenDie Simulation der Herstellung von Bauteilen aus Feinblech mittels Tiefziehen darfals etablierter Stand der Technik angesehen werden. In diesem Projekt wurde dazudas Programm PAM-STAMP 2G der ESI Group verwendet. Ziel der Umformsimulati-on für sich betrachtet, ist die Überprüfung der Herstellbarkeit des Bauteils und au-ßerdem die virtuelle Erprobung der gewählten Methode, sowie deren Optimierung.Darüber hinaus ist es möglich, z. B. den Aufsprung des Bauteils durch virtuelle Über-biegung des Werkzeugs zu reduzieren. Im Vordergrund des Projektes stand jedochweniger die Herstellbarkeit des Bauteils, sondern die Darstellung der durchgängigenProzesskette und Betrachtung der auftretenden Sensitivitäten.Zur Überprüfung der Herstellbarkeit hat sich die Simulation der Hauptumformstufebewährt. Die Simulation weiterer Nachform- und Schnittstufen wird bisher von Auto-mobilherstellern als wenig Nutzen bringend angesehen. Dies ist für Zulieferer anders,denn diese müssen das Bauteil in einer vorgegebenen Toleranz anfertigen, die sichheute schon in erster Näherung virtuell überprüfen lässt.Betrachtet man nicht mehr den einzelnen Herstellprozess, sondern die gesamteHerstellprozesskette, so stehen das virtuelle Bauteil und dessen Verbaubarkeit imFokus. Eine Übertragung der Bauteileigenschaften nur aus der Hauptumformstufeauf die CAD-Form des Bauteils ist machbar, führt jedoch in nicht beschriebenen Be-reichen zu biegeschlaffen Zonen. Diese entsprechen dann dem Ausgangszustanddes Bleches ohne Änderung der Blechdicke und Kaltverfestigung. Im Projekt wurdendaher alle erforderlichen Nachformoperationen und Beschnitte mitgeführt, und somitvollständig umgeformte Bauteile erzeugt (Abbildung 22). Abkanten Verprägen Abbildung 22: Nachformoperationen zur Erstellung virtueller Bauteile 29
  30. 30. Ein weiterer wesentlicher Aspekt, der sich nur sinnvoll mit einem über alle Umform-stufen erstellten Bauteil betrachten lässt, ist die Rückfederung. Auch für sogenanntekompensierte Bauteile verbleibt nach der Entlastung durch die Werkzeuge ein Auffe-derungseffekt. Dieser führt bei der üblichen Methode der Datenübertragung zu Abbil-dungsfehlern zwischen der aufgesprungenen Umformgeometrie und der Zielgeomet-rie, einem Netz basierend auf CAD-Daten und Lage (Abbildung 23). Ein Weg dies zuumgehen, ist die Vernachlässigung des Aufsprungs, d.h. es wird das Ergebnis nachder letzten Umformstufe ohne Rückfederungsrechnung übertragen. Dies bedeutetein Verbleiben der Eigenspannungen im Bauteil, sofern diese übertragen werden. Dadie Entlastungsrechnung in der Regel nicht zu plastischen sondern nur elastischenEffekten führt, ist der Fehler bei einer Vernachlässigung der Spannungsseite, d.h.der Übertragung von Blechdicken und plastischen Dehnungen, eher als gering anzu-sehen. 1. und 2. 1. Torsion am Kopf 2. Aufsprung in der Zarge 3. unterschiedlicher Beschnitt Abbildung 23: Abbildungsfehler bei der Datenübertragung (Mapping)3.3.2 Methode der NeuvernetzungUm der Problematik des Aufsprungs zu begegnen wurde im Projekt die Methode derNeuvernetzung entwickelt. Neben der Übertragung der physikalischen Eigenschaftendes umgeformten Bauteils, wie Kaltverfestigung, Blechdickenänderung und optionalder Eigenspannungen, wird mittelfristig in der Betrachtung der Prozesskette auch dieBerücksichtigung der Gestaltänderung eine Rolle spielen. Gestaltänderung ist hierder Unterschied zwischen der CAD-Geometrie des Bauteils nach der Umformungund dem virtuellen Bauteil nach der Umformung. Abbildung 24 verdeutlicht die dreidenkbaren Varianten zur Übertragung der Herstellungshistorie, die abstrahiert aufbeliebige Kopplungen zwischen Gewerken übertragbar sind. 30
  31. 31. CAD Ziehanlage CAD Daten CAD A PAM- ohne Entlastung AUTOSTAMP Netz umgeformt Umformsimulation PAM- Netz entlastet AUTOSTAMP Rückfederung PANEL SHOP entlastet CAD B Mapping Mapping Mapping Sysweldnetz Sysweldnetz Sysweldnetz CAD A CAD A entlastet a) b) c) Neuvernetzung SYSWELD SYSWELD SYSWELD Route 1 Route 2 Schweißsimulation Schweißsimulation Schweißsimulation SYSWELD SYSWELD SYSWELD Spannen Schweiß Verzug Schweiß Verzug SYSWELD Schweiß Verzug Abbildung 24: Übertragung der Umformhistorie in die Schweißsimulation: a) und b) ohne Berücksichtigung der Gestaltänderung und c) mit GestaltänderungAls Referenzprozess lässt sich heute mit einer überschaubaren Methode die aktuelleBauteilgeometrie des entlasteten Bauteils aus Gewerk A in ein Gewerk B überführen.Das Eingangsnetz für Gewerk B kann also auf Basis von Bauteil A generiert werdenund damit können auch die Daten ohne Abbildungsfehler übertragen werden.Zur Darstellung der Methode wurde im Projekt das Programm PanelShop der FirmaiCapp verwendet. Aus dem Lageunterschied der Netze zwischen der letzten Um-formstufe und nach der Entlastungsrechnung wird ein Verschiebungsfeld ermittelt,dass PanelShop nutzt, um die CAD-Bauteilgeometrie zu überbiegen und damit in dieLage des aufgefederten Bauteils zu bringen (Abbildung 25). Diese aktualisierte Bau-teilgeometrie wird dann mit dem Eingangsnetz für Gewerk B neu vernetzt und an- 31
  32. 32. schließend die Herstellungshistorie aus Gewerk A ohne Abbildungsfehler daraufübertragen (gemappt). Damit ist ein wesentliches Modul für die End to End Prozess-kettensimulation verfügbar, das der Gestaltabweichung in adäquater Weise Rech-nung trägt. + + CAD Bauteil Umformnetz Verschiebungsfeld CAD Bauteil „entlastet“ Abbildung 25: Mit PanelShop (Fa. iCapp) generierte CAD-Daten des entlasteten Bauteils als Basis zur NeuvernetzungAlternativ wurde im Programm PAM-STAMP 2G ein Mapping von Netz B auf Netz Abetrachtet. Dies war jedoch nicht zielführend, da in PAM-STAMP bisher nur eine li-neare Projektion implementiert ist. Diese führt für einen Bauteilbereich mit vertikalerProjektionsrichtung zu Verzerrungen (Abbildung 26). Eine Verbesserung würde hiereine Projektion unter Berücksichtigung der jeweiligen Elementnormalen ergeben.Dies sollte aber durch ein vorheriges Einschwimmen von Netz A zu B ergänzt wer-den. So wie es auch im SCAIMapper möglich ist. Denn selbst wenn sich beide Netzein Fahrzeuglage befinden, kann der Aufsprung durch die Lagerbedingungen zu einerVerschiebung eines Bauteils führen. 32
  33. 33. Abbildung 26: Mögliche Projektionsfehler bei linearer Projektion von Netz A auf Netz B3.3.3 Untersuchte BaugruppeVon der untersuchten Schweiß-Baugruppe „Seitenwandrahmen vorn“ wurden dreiHauptbauteile für die inkrementelle Umformsimulation ausgewählt und drei Zusatz-bauteile mit geringer Umformung wurden mittels Onestep-Simulation betrachtet. Hin-zu kommen für die Schweißung noch zwei Gewindeplatten und ein weiteres Bauteil,um den Zusammenbau mit dem Serienstand vergleichbar zu machen (Abbildung 27). 33
  34. 34. jeweils in rot dargestellt Hauptbauteile Säule B innen Verstärkung Säule B Verstärkung Stegblech innen Schweller innen Verstärkung A-Säule nur als CAD-DatenZusatzbauteile eingefügt Schottteil Säule B Verstärkung Schottteil Schweller vorn Wagenheberaufnahme Abbildung 27: Untersuchte Schweiß-Baugruppe3.3.4 Sensitivität der Datenübergabe in Relation zur NetzfeinheitFür das VIPROF-Projekt wurde die durchgängige Verwendung von Netzen mit Scha-lenelementen festgelegt. Diese haben dann noch unterschiedliche Elementformulie-rungen, sind aber im Wesentlichen durch vier Knoten bestimmbar. Trotzdem existie-ren je nach physikalischem Schwerpunkt der einzelnen Gewerke unterschiedlicheNetzausprägungen hinsichtlich der Feinheit und betrachteter Teilbereiche. Dies zeigtAbbildung 28 mit dem Netz aus der Umformung mit verfeinerten Radienbereichen,dem Schweißnetz mit Nahtbereichen und dem typischen 5 mm Crashnetz. Umformen Schweißen Crash Abbildung 28: Unterschiedliche Netzausprägungen 34
  35. 35. Um die Sensitivität der Datenübertragung in Relation zur Netzausprägung zu unter-suchen, wurden die wesentlichen drei Mappinggrößen: Blechdicke, plastische Deh-nung und Spannungstensor in PAM-STAMP 2G jeweils vom Umformnetz auf dasSchweiß- und Crashnetz gemappt.Für die betrachteten Bauteile ergab sich eine gute Übertragbarkeit der Blechdickenund mit kleineren Verlusten auch der plastischen Dehnungen (Abbildung 30). Einedeutliche Abnahme der oberen Spannungswerte und damit verbundene Nivellierungder Spannungen zu niedrigeren Niveaus zeigte sich bei der Übertragung der Span-nungstensoren. Abbildung 30 zeigt dies anhand der Gegenüberstellung der Ver-gleichsspannungen nach dem Mapping. Deutlicher noch wird dies über eine Betrach-tung der Histogramme, die die statistische Verteilung der Spannungen auf den jewei-ligen Netzen darstellt (Abbildung 31). Stamp Weld Crash Stamp Weld Crash Abbildung 29: Einfluss der Netzausprägung auf die Übertragung der Blechdicken (links) und plastischen Dehnungen (rechts) vom Tiefziehen zum Schweißen und zum CrashIm Projekt wurden in erster Linie die Übertragung der Blechdicken und plastischenFormänderungen betrachtet. Die Eigenspannungen schienen nicht nur wegen derVerluste bei der Übertragung der Spannungstensoren für den betrachteten Zusam-menbau nicht relevant zu sein, sondern auch weil dieser mit MAG- und Laser-Linienschweißungen robust verbunden wurde. Interessanter wäre die Berücksichti-gung der Eigenspannungen für die Untersuchung von punktgeschweißten Zusam-menbauten, die bekannterweise sensibler gegenüber eingebrachten Vorspannungensind. 35
  36. 36. Stamp Weld CrashAbbildung 30: Einfluss der Netzausprägung auf die Übertragung der Vergleichs- spannungen vom Tiefziehen zum Schweißen und zum Crash 36
  37. 37. Stamp Weld Crash Abbildung 31: Verluste bei der Übertragung von Spannungstensoren3.3.5 Simulation des Schweißverzugs mit dem Weld PlannerMit dem Programm Weld Planner wurde das Fügen der Baugruppe „Seiten-wandrahmen vorn“ hinsichtlich des auftretenden Verzuges simuliert. Abbildung 32verdeutlicht die Lage der Nähte und die beiden eingesetzten Schweißverfahren. AlsLagerbedingung nach der Abkühlung wurden die von VW bereitgestellten RPS-Punkte verwendet (Abbildung 33). Das Referenzpunktesystems (RPS) umfasst u.a.die Maßbezüge und Positionierungen für Bauteile und Schweißgruppen und wird imCAD festgelegt. Die virtuelle Schweißung beschränkt sich beim Weld Planner auf dieEinbringung der Prozesswärme an den jeweiligen Fügestellen und in der vom An-wender vorgegebenen Schweißreihenfolge. Sie gibt wesentliche Hinweise zur Opti-mierung der Schweißnahtlage und Reihenfolge. 37
  38. 38. Abbildung 32: Laserschweißnähte (a) und MAG-Schweißnähte (b) der Baugruppe Abbildung 33: RPS-Spannpunkte der Messaufnahme3.3.6 Sensitivität des Schweißverzugs hinsichtlich der aus der Fertigungshis- torie übertragenen GrößenIn der Sensitivitätsanalyse zum Schweißverzug wurde der Einfluss des Übertragensunterschiedlicher Ergebnisgrößen und des Einsatzes verschiedener Berechnungs-methoden zur Simulation des Tiefziehens verglichen. Neben der Simulation mit deminkrementellen Berechnungsprogramm PAM-STAMP 2 G wurde der inverse Ein-schrittlöser (Onestep-Solver) FTI FormingSuite eingesetzt. Betrachtet wurden jeweilsdie drei Hauptbauteile, die entweder inkrementell oder invers simuliert wurden. DieZusatzbauteile wurden für die Umformung jeweils nur invers berechnet. Dazu wurde 38
  39. 39. zum Vergleich noch der Schweißverzug auf Basis der CAD-Daten ohne Fertigungs-historie einbezogen. Untersucht wurden die in Tabelle 3 aufgeführten Varianten. Variante Simulationtool Software Blechdicke plastische Dehnung Haupbauteile Nebenbauteile 0 WeldPlanner nur CAD nur CAD - - 1a WeldPlanner PAM-STAMP 2G nur CAD x - 1b WeldPlanner PAM-STAMP 2G nur CAD - x 1c WeldPlanner PAM-STAMP 2G nur CAD x x 2a WeldPlanner FTI FormingSuite nur CAD x - 2b WeldPlanner FTI FormingSuite nur CAD - x 2c WeldPlanner FTI FormingSuite nur CAD x x 3a WeldPlanner PAM-STAMP 2G FTI FormingSuite x x 3b WeldPlanner FTI FormingSuite FTI FormingSuite x x 4 WeldPlanner PAM-STAMP 2G nur CAD x x Neuvernetzung Tabelle 3: Varianten des Mappings der Herstellungshistorie aus der UmformungIm Folgenden werden wesentliche Ergebnisse beispielhaft aufgezeigt. Der Vergleichdes Übertragens einzelner Ergebnisgrößen, wie dem Blechdickenverlauf und derplastischen Dehnung, ergab, dass die alleinige Übertragung der plastischen Deh-nungen nicht sinnvoll ist. Während die alleinige Übertragung der Blechdicke für einegute Ergebnisübereinstimmung mit den Messungen hinreichend sein kann. DiesesPhänomen lässt sich mit dem dominanten Einfluss der Blechdicke auf die Steifigkeitdes Zusammenbaus erklären. Die Beulsteifigkeit kann je nach Geometrie bis in die 2.oder 3. Potenz von der Blechdicke abhängig sein. Dies dokumentiert beispielhaft dieAbbildung 34. 39
  40. 40. Verschiebungen in y-Richtung Mit beiden Größen Nur Blechdicken Nur plastische DehnungAbbildung 34: Übertragung unterschiedlicher Größen. Hauptbauteile und Zusatzbau- teile invers simuliertEine Gegenüberstellung der untersuchten drei Hauptbauteile mit inkrementeller undinverser Simulation zeigt, dass für den betrachteten Fall der Verzug basierend aufder inversen Umformung etwas stärker ist, als der der inkrementellen Simulation(Abbildung 35). Dies ist damit zu erklären, dass die inverse Umformung, wie vonVolkswagen berichtet, zum Teil geringere Umformgrade erzielt. Die Richtung und derTrend des Verzugs sind bei beiden Methoden identisch. Verschiebungen in y-Richtung Hauptbauteile inkrementell und Alle Bauteile invers simuliert Zusatzbauteile invers simuliertAbbildung 35: Schweißverzüge der inkrementellen und inversen Simulation der Um- formung im Vergleich 40
  41. 41. Da der betrachtete Schweiß-Zusammenbau einem Serienstand entspricht, ist derauftretende Verzug sehr gering und damit eine Aussage über die Güte der Ergebnis-se nur eingeschränkt möglich. Auf der Grundlage der von Volkswagen durchgeführ-ten Vergleichsstudie zur Güte inverser Simulationen kann angenommen werden,dass die Resultate in der vorliegenden Form repräsentativ sind. So dass in der frü-hen Phase Onestep-Simulationen zur Planung der Schweißmethode mit ausreichen-der Genauigkeit eingesetzt werden können.Die Frage nach der Notwendigkeit der Berücksichtigung von Umformergebnissen fürdie richtige Vorhersage des Schweißverzugs wurde mit der Variante 0 (Tabelle 3)betrachtet. Eine Gegenüberstellung der Messergebnisse mit der Simulation desSchweißverzugs ohne Berücksichtigung der Fertigungshistorie ergab für diese Bau-gruppe abweichende Resultate hinsichtlich des Verzugs und der Verdrillungsrichtung(Abbildung 36). Beide Ergebnisgrößen des Schweißverzugs wurden demgegenübervon der Variante mit Übernahme der Blechdicken und plastischen Formänderungenfür die betrachteten Bauteile dem Messergebnis vergleichbar dargestellt. Die Ver-messung der Schweißbaugruppe bei VW (Abbildung 72) ergab eine gute Übereins-timmung mit der Simulationsvariante mit Berücksichtigung der vollständigen Ferti-gungshistorie sowie nur der Blechdicke (siehe Kapitel 3.5.5.1, Abbildung 72 und Ab-bildung 73). Abbildung 36: Schweißverzug mit Basis CAD-Daten (links), Blechdicken (mitte) undUmformhistorie (rechts); Verschiebungen in Y-Richtung (normal zur Ansichtsrichtung) 41
  42. 42. 3.3.7 Schweißverzugssimulation mit der Methode der NeuvernetzungDie Notwendigkeit der Untersuchung des Einflusses der Auffederung am Ende derUmformung verdeutlicht Abbildung 37. Die in Tabelle 3 aufgeführte Variante derNeuvernetzung wurde im Rahmen des VIPROF-Projektes entwickelt und exempla-risch untersucht. Basierend auf der aufgesprungenen Bauteilgeometrie (siehe Ab-schnitt 3.3.2) wurde ein neues Netz für die Schweißverzugssimulation erstellt und dieErgebnisse des entlasteten Bauteils aus der Umformung darauf übertragen. Aufgabenstellung:CAD-Bauteilgeometrie Übertragen der Umformergebnisse (Spannungen, plastische Dehnungen, Blechdickenverteilung) aus dem Umformen auf ein entsprechendes Modell für eine Fügesimulation thermisch oder mechanisch Werkzeugentwurf Route 1 Geometrisch passendes Mapping mit Eigenspannungen im Modell Route 1 Umformsimulation Route 2 Mappen des entlasteten Bauteils mit geometrischer Abweichung Route 2Rückfederungsrechnung Simulation des Fügens Route 3 Mappen des entlasteten Bauteils auf ein Route 3 Neuvernetzung kongruentes, dediziertes Netz zum Fügen. Im Fügen ist ggf. ein Spannvorgang erfoderlich Abbildung 37: Mögliche Vorgehensweisen zum Übertragen der Herstellungshistorie in die nachfolgende FügesimulationDer Unterschied der in Abbildung 38 dargestellten Ergebnisse für Route 1 und 2 istrelativ gering, was auf die im Projekt gewählte Vernachlässigung der Spannungs-tensoren beim Mapping zurückzuführen ist. Betrachtet man aber das deutlich abwei-chende Ergebnis der Methode der Neuvernetzung, bei der das Bauteil beim Fügenaufgrund der Lageabweichung gespannt werden muss, so ist der Verzug für diesesBauteil aus der Baugruppe sogar geringer ausfallend. Daraus ergibt sich die Frage,wie sich das Verhalten anderer Baugruppen mit dieser erweiterten Betrachtungswei-se darstellt. Da dies im Projekt nicht weiter geklärt werden konnte, soll an dieser Stel-le die Fortführung der Untersuchung der vorgeschlagenen Methode der Neuver-netzung im Rahmen anderer Förderprogramme angeregt werden. 42
  43. 43. Die darüber hinaus interessierende Fragestellung ist, ob die Route 1 bei zusätzlicherBerücksichtigung der Spannungstensoren eine hinreichende Lösung darstellen könn-te. Wäre so der Aufwand der Neuvernetzung vermeidbar? Nicht zuletzt ließe sichauch die Variante der direkten Projektion des Fügenetzes auf das aufgefederte Um-formnetz verbessern und damit eine einfachere Lösung schaffen. Min: 0,003 Min: 0,003 Min: 0,001 Max: 0,932 Max: 0,946 Max: 0,596 Route 1 Route 2 Route 3 Abbildung 38: Ergebnis der Neuvernetzung mittels Flächenrückführung Verformung [mm] in Normalenrichtung unter RPS Spannbedingungen3.4 Simulation der Lacktrocknung in der Prozesskette (CADFEM)Als wichtige Voraussetzung und als Bestandteil der betrachteten Prozesskette kanndas Trocknungsmodul des VirtualPaintShop® (VPS/DRY) von CADFEM genanntwerden. Es hat sich bei Firmen wie AUDI und BMW im Bereich der lackiergerechtenKonstruktion etabliert, um eine Simulation der Lacktrocknung von Autokarosserien ingroßen Trocknungsöfen durchzuführen. Zwischen den einzelnen Lackierschritten istjeweils eine Trocknung des Lackes erforderlich, wobei die Bauteile aufgeheizt undanschließend über eine vorgegebene Zeitdauer auf einem bestimmten Temperatur-niveau gehalten werden. Mit VPS/DRY kann das Aushärten von Lacken auf Wasser-basis in diesem thermischen Trocknungsvorgang simuliert werden. Denn im Gegen-satz zu lösemittelbasierten Lacken, die selbst nachtrocknen, ist bei wasserbasiertenLacken eine Vernetzung nur durch Aufheizung möglich. Lackanteile, die beim Trock-nen nicht aushärten, können später nicht nachhärten. Falls im Trockner die Mindest-temperatur und -haltezeit unterschritten oder eine obere Grenztemperatur und-haltezeit überschritten werden, sind Qualitätsmängel zu erwarten. Mit VPS/DRYkönnen kritische Stellen von Bauteilelackierungen ausgemacht sowie die Lackier-und Trocknungsvorgänge entsprechend vorausgeplant und optimiert werden. 43
  44. 44. Im Projekt VIPROF wurde die Lacktrocknungssimulation in die Prozesskette mit auf-genommen, um den Einfluss vorgelagerter Fertigungsschritte auf das Verhalten derKarosserie im Trocknungsofen zu überprüfen. Auch der Einfluss von Effekten, die beider Lacktrocknung auftreten, wie z. B. des Bake-Hardening-Effektes, auf das Crash-Verhalten waren von Interesse.3.4.1 Ergebnisse der SensitivitätsanalyseCADFEM hat eine Sensitivitätsanalyse der Lacktrocknung durch eine begleitendeEigenwertanalyse vorgenommen, um die Sensitivität des Ofenprozesses bezüglichEinflüssen aus dem Umform- und dem Fügeprozess zu bewerten. Dicken, Spannun-gen und Dehnungen aus dem Umformen und Fügen wurden in verschiedenen Zu-sammenstellungen in der Trocknungssimulation VPS/DRY berücksichtigt. Für dieVPS/DRY Simulation wurden gleichmäßig vernetzte Crash-Netze der VW AG ver-wendet. Vereinfachungen an den Karosseriemodellen zur Beschleunigung der Be-rechnungen in der Mechanik wurden durch Weglassen von Türen und Klappen sowiedurch Betrachtung halber Modelle mit Symmetriebedingungen vorgenommen, wie inAbbildung 39 gezeigt. Die Berechnungsvarianten sollten Rückschlüsse erlauben, wiestark Spannungen und Dehnungen aus der Vorgeschichte das Berechnungsergebnisbei der Trocknung beeinflussen. Abbildung 39: Entkerntes Halbmodell für die begleitende EigenwertanalyseDas Vorgehen zur Durchführung des mechanischen Verfahrens der begleitendenEigenwertanalyse (engl. mode tracking) zur Erkennung von Beulgefahren ist in Ab-bildung 40 gezeigt. Die Analyse beruht darauf, dass sich unter der thermischen Lastder Aufheizung und Abkühlung im Ofen der Spannungszustand von Blechen undStrukturen verändert, was einen Einfluss auf die Eigenfrequenzen der Bauteile hat. 44
  45. 45. Temperatur- Mechanische Berech- Vorgespannte berechnung nung mit Temperatur- Modal- in VPS/DRY randbedingungen analyse „Mode Tracking“ Abbildung 40: Begleitende Eigenwertanalyse zum Erkennen einer BeulgefahrEine Herleitung und Erläuterung dieses Sachverhaltes findet man der Literatur z. B.bei W. Rust, Nichtlineare Finite-Elemente-Berechnungen, Vieweg + Teubner Verlag,Abschnitt 3.2.3 Modalanalyse (Eigenfrequenzanalyse) und Stabilitätsprobleme sowieAbschnitt 3.4.4 Begleitende Eigenwertanalyse. Die folgenden Absätze enthalten An-lehnungen und Zitate aus dem genannten Buch.Ein Beispiel für den Einfluss des Spannungszustandes auf die Eigenfrequenz kenntman aus der Spannung einer Saite eines Musikinstrumentes. Durch Änderung derSpannung in der Saite wird das Instrument gestimmt. Bei Biege- oder Druckspan-nungen sinkt die Eigenfrequenz. Im Falle eines Stabilitätsproblems kann das Systemausgelenkt werden, ohne dass es nach Wegnahme der Last – hier in Form der inho-mogen verteilten Temperaturdehnungen – in die vorherige Lage zurückkehrt. EineEigenfrequenz zu diesem Verformungsmuster wird zu Null.Werden Eigenwerte begleitend zur Last aufgetragen, erlaubt der Verlauf der Eigen-werte Rückschlüsse auf das Stabilitätsverhalten, wenn sich zwei Kurven eines Unter-suchten Bereiches kreuzen oder zu Null werden.Als begleitende Eigenwertanalyse ermittelt CADFEM die Veränderung der Eigenfre-quenzen unter der Temperaturlast im Trocknungsofen. Von besonderem Interessesind sprunghafte Änderungen, da dann die Gefahr plastischer Verformungen durchBeulen der Struktur besteht. Solche sprunghaften Änderungen sind beispielhaft füreine Blechwanne in Abbildung 41 anhand eines Aufheizvorganges gezeigt. Im Pro-jekt wurde die Methodik der begleitenden Eigenwertanalyse verfeinert und automati-siert. 45
  46. 46. Abbildung 41: Begleitende Eigenwertanalyse (rechts) bei einem stark zum Beulen neigenden Bauteil (nicht VW-Touran)Da die Steifigkeiten einer Struktur und die Wärmekapazität durch die Blechdicken-verteilung beeinflusst werden, hat CADFEM die Einflüsse des Umformens auf dasVerhalten der Karosserie beim Trocknen nach der Lackierung untersucht. Aus One-step-Berechnungen bei Volkswagen wurden Blechdicken in die Lacktrock-nungssimulation VPS-DRY importiert. Der Transfer erfolgte exemplarisch auch überdas vereinbarte Zwischenformat (M01) unter Verwendung des SCAIMappers.Aus den Untersuchungen an den Musterbauteilen des VW Touran ist festzuhalten,dass im Verlauf der Eigenwerte während des Trocknungsvorgangs zwar Unterschie-de zwischen konstanter und variabler Blechdicke ausgemacht werden konnten, wiein Abbildung 42 gezeigt, dass diese Unterschiede jedoch nicht signifikant waren.Damit sind in der B-Säule keine kritischen Bauteile enthalten, die zum Beulen führenkönnten. Außerdem nimmt die Beulneigung durch Übertragung von Blechdickenver-teilungen aus der Umformsimulation nicht zu. Damit konnten bei den Untersuchun-gen am VW Touran keine Beulgefahren identifiziert werden, was daran liegt, dass essich um ein ausgereiftes Serienfahrzeug handelt. Da die Berücksichtigung der Um-formhistorie aber rechentechnisch die Simulation weder vergrößert noch verlangsamtist es ratsam die Dicken zu berücksichtigen. Bei Neukonstruktionen ist zu erwarten,dass mehr Beulneigungen bestehen. Die Biegesteifigkeit ist in der dritten Potenz ab-hängig von der Blechdicke. Damit kann bei festgestellter Beulneigung die Blechdickeals Modellfehler ausgeschlossen werden. 46
  47. 47. Abbildung 42: Begleitende Eigenwertanalyse während der Trocknungssimulation der B-Säule unter Verwendung konstanter Blechdicken (links) und bei Übertragung der Blechdickenverteilung aus dem Umformen (rechts)Das unkritische Verhalten der B-Säule gegenüber Beulen zeigte sich auch auf einemvirtuellen Teststand (siehe Abbildung 43), mit dem Sensitivitäten hinsichtlich derÜbertragung von Ergebnissen aus vorgelagerten Prozesssimulationen aufgezeigtwerden können. Anhand der unten fixierten und oben künstlich belasteten B-Säulekönnen die Einflüsse von linearem vs. nichtlinearem Materialgesetz bzw. von kons-tanten vs. variablen Blechdicken aus der Umformsimulation untersucht werden. In-dem sehr hohe Belastungen bis in den Bereich der Plastizität aufgegeben werden,kann der Einfluss der Umformhistorie auf die begleitende Eigenwertanalyse gezeigtwerden. Zunächst diente dies zur Verifikation der Vorgehensweise. Gleichzeitig zeigtes aber auch die Anwendbarkeit bei anderen Belastungen auf. 47
  48. 48. Abbildung 43: Sensitivitätsanalyse der B-Säule im „virtuellen Teststand“. Ein Ang-riffspunkt ist gelagert, auf den anderen werden steigende Belastungen aufgebracht, bis sich Auswirkungen in der begleitenden Eigenwertanalyse zeigen.Die Ergebnisse einer zunehmenden Belastung der B-Säule im virtuellen Prüfstandzeigt Abbildung 44, wobei die Kurven für konstante bzw. variable Dicke nahe beiei-nander liegen. Dies zeigt einen gewissen, aber im vorliegenden Fall nicht gravieren-den Einfluss der Blechdicken auf die Eigenfrequenzen. Größere Veränderungen derEigenfrequenzen würden auf Beulen oder Durchschlagen hindeuten. Diese Ergeb-nisse wurden für ein nichtlineares Materialgesetz erzielt, das die elastische und dieplastische Fließgrenze beinhaltet. Durch diese Nichtlinearität kann eine Verfestigungaus der Umformsimulation bzw. eine Änderung der Fließgrenze berücksichtigt wer-den. 48
  49. 49. Abbildung 44: Begleitende Eigenwertanalyse der B-Säule im virtuellen Prüfstand mit steigender Belastung (Dargestellt sind die Verläufe von Eigenfrequenzen über denLastschritten, jeweils für ein Modell mit und ohne Berücksichtigung der Blechdicken- verteilung.)3.4.2 Untersuchung von Einflüssen des Bake-Hardening-EffektesDie Ausprägung des Bake-Hardening-Effektes (Reckalterung) hat einen Einfluss aufdie Crash-Eigenschaften der Karosserie. Wie stark dieser Effekt ausgeprägt ist wirdvom Ofenprozess bei der Lacktrocknung mitbestimmt. Daher lag es nahe, in derTrocknungssimulation VPS/DRY die Festigkeitssteigerung im Trocknungsofen durchden Bake-Hardening-Effekt zu untersuchen. Bei dem mit Bake Hardening bezeichne-ten Effekt findet im Trockner bei Temperaturen über 170-180° im Metallgefüge eine CKohlenstoffdiffusion an freie Gitterversatzstellen sehr viel schneller statt, als beiRaumtemperatur. Durch den Ofenprozess wird somit eine Festigkeitssteigerung er-zielt und die Fließgrenze ohne Gefügeumwandlung hinaufgesetzt. Diese Festigkeits-steigerung kann mit Hilfe von VPS/DRY bewertet werden. Der Bake-Hardening-Effektkann dann aus der Trocknungssimulation VPS/DRY in das Crash-Modell übertragenwerden.Aus Materialdatenblättern ist bekannt, dass z. B. für die Stahlsorte CPW800 derBake-Hardening-Status erfüllt wird, wenn eine Haltezeit von 20 Minuten bei über170° erreicht wird. Die Zugfestigkeit des Werkstof fes kann von einem Wert von C800 MPa im Mittel um 70 MPa erhöht werden. Die Erhöhung ist abhängig von der 49
  50. 50. Verweilzeit des Materials auf einem Temperaturniveau. Während sich in Simulatio-nen unterhalb dieses Temperaturniveaus keine so stark ausgeprägten inhomogenenVerteilungen der Haltezeit zeigten, änderte sich die ungleiche Verteilung für Tempe-raturen über 175° deutlich, wie aus Abbildung 45 a m Außenblech der B-Säule er- Ckennbar.Abbildung 45: Darstellung der Haltezeit in Sekunden auf einem bestimmten Tempe- raturniveau zur Untersuchung der Einflüsse von Bake-HardeningFerner zeigt Abbildung 45, dass sich gerade in den Punkten der Lasteinleitung beiden Scharnieren eine geringere Haltezeit auf den jeweils betrachteten Temperaturni-veaus einstellt. Dies ergibt sich aufgrund der Wärmekapazität der an diesen Stellenangebrachten, relativ massiven Scharniere. Ist die Verfestigung aufgrund des unvoll-ständig ausgeprägten Bake-Hardening-Effektes hier geringer, könnte sich dies alsoüberproportional auf die Steifigkeit der gesamten Konstruktion auswirken.In Kooperation mit VW wurden für verschiedene Stähle Excel-Dateien mit Fließkur-ven für die Simulation hinterlegt. Abhängig von verschiedenen Bake-Hardening-Zuständen (0% bis 100%) ergeben sich unterschiedliche Spannungs-Dehnungs-Diagramme. Der Bake-Hardening-Status, der mit der Material-ID verknüpft wird, wur-de im LS-DYNA Format verfügbar gemacht. Ergebnisdateien können direkt ausVPS/DRY geschrieben werden. Eine knotenbasierte Datenablage wurde für dieTemperaturen als Funktion der Zeit realisiert, da die Temperatur als Freiheitsgrad der 50
  51. 51. Simulation an den Knoten ermittelt wurde und so kein Informationsverlust entsteht.Für die Haltezeiten sind die Ergebnisse elementbasiert abgelegt, weil die Umrech-nung der Haltezeit in einen Bake-Hardening-Status auf Elementebene erfolgte. DieHaltezeit muss nicht notwendigerweise abgelegt werden, da diese aus den Tempera-turergebnissen nur abgeleitet wird. 1100 Spannung (BH0) Spannung (BH1) 1050 Spannung (BH2) 1000 Spannung (BH3) Spannung (BH4) 950 Spannung (BH5) 900 Spannung (BH6) Spannung (BH7) 850 Spannung (BH8) 800 Spannung (BH9) Spannung (BH10) 750 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 Abbildung 46: Unterschiedliche Bake-Hardening-Zustände, die aus verschiedenen Haltezeiten und Temperaturniveaus resultierenUm den Einfluss im Rahmen des Projektes exemplarisch aufzuzeigen wurde dieAusprägung des Bake-Hardening-Effektes linear abhängig zur Haltezeit oberhalbeines definierten Temperaturniveaus angenommen. Weiterhin wurde die mittlere Ver-festigung aufgrund des Bake-Hardening proportional zur Ausprägung des Bake-Hardening-Effektes ansteigend angenommen. In 10 Stufen unterteilt ergeben sichunter diesen Annahmen Spannungs-Dehnungs-Kurven wie in Abbildung 46 gezeigt.BH0 Steht dabei für Material ohne Bake-Hardening-Effekt, BH10 für den voll ausge-prägten Effekt. 51
  52. 52. Abbildung 47: Unterschiedliche Materialeigenschaften aufgrund verschiedener Tem- peraturniveaus im TrocknungsofenAbbildung 47 zeigt die Verteilung der unterschiedlichen Materialkennungen am Ver-stärkungsblech der B-Säule mit den Temperaturgrenzen 170, 175 und 180 ° als CBasis zur Ermittlung der Haltezeit. Dargestellt ist jeweils das Ausgangsnetz derVPS/DRY Simulation und ein verfeinertes Netz für spätere Anwendungen. In der Si-mulation wurden die unterschiedlichen Bake-Hardening-Bereiche durch verschiedeneMaterialkennungen abgebildet. Die Übergabe des Bake-Hardening-Status an dieCrash-Simulation kann in Form einer virtuellen plastischen Vergleichsformänderungoder einer je nach Status zugewiesenen Spannungs-Dehnungs-Kurve erfolgen. Häu-fig wird es so sein, das VPS/DRY und die Crash-Simulation das gleiche Netz ver-wenden und so nur eine Übertragung der Ergebnisse erforderlich ist. Im Projekt VIP-ROF war es sinnvoll für spätere Detailuntersuchungen ein feineres Netz zu verwen-den. Da die Ausgangsbasis und Lage für das Netz aber identisch war, ist der Ergeb-nisübertrag auf die Neuvernetzung sogar innerhalb von VPS/DRY automatisiert mög-lich. M app ing M apping Map pin g Lacktrocknungs- Umformsimulation Fügesimulation Crashsimulation simulation Format_1 XM L Fo rm at_2 XM L Form at_3 XM L Forma t_4 XML-K onverter Abbildung 48: Ergebnisübertragung durch Mapping oder innerhalb eines XML- basierten Datenträgernetzes 52
  53. 53. Die Ergebnisübertragung kann aber auch über einen XML-basierten Mapping-Prozess erfolgen, der momentan noch manuell gestützt wird. Vom Kooperations-partner TU Berlin wurde ein sog. XML-Konverter programmiert, der die Ausgabefor-mate der im VIPROF-Projekt eingesetzten Simulationsprogramme (vorzugsweise.M01-Format) einheitlich in das XML-Format überführen kann (siehe Abbildung 48).So können Bauteileigenschaften mit Berücksichtigung des Bake-Hardening auf dasZielnetz, z. B. für eine Crash-Simulation oder einen virtuellen 3-Punkt-Biegeversuch,übertragen werden. Der Bake-Hardening-Effekt kann in der Simulation durch Variati-on der Haltetemperatur in seiner Robustheit bewertet werden, um z. B. im Fall vonMaterialanhäufungen im Bereich von angeschweißten Scharnieren eine zu geringeReckalterung zu vermeiden oder um herauszufinden, ob eine unvollständige Ausprä-gung des Bake-Hardening-Effektes bezüglich der Anforderungen aus der Crash-Simulation toleriert werden kann.Im VIPROF-Projekt wurden keine tensoriellen Größen aus vorgelagerten Prozessenin der mechanischen Analyse unter der Temperaturlast im Ofen berücksichtigt. Diefür die Berücksichtigung der plastischen Vergleichsformänderung verwendete INIS-TATE-Funktion von ANSYS kann aber auch dazu verwendet werden. So kann wie inAbbildung 49 gezeigt der Spannungszustand aus einer Teillösung in eine weitereTeillösung übertragen werden. Richtig ist ein solches Vorgehen, falls keine geschlos-sene Lösung der beiden Lastschritte möglich oder gewollt ist und die Konfigurationnach dem ersten Lastschritt die Startkonfiguration des folgenden Lastschrittes ist. Abbildung 49: Mechanik-Simulation von Be- und Entlastung mit INISTATE3.4.3 Zusammenfassung der Ergebnisse von CADFEMIm Teilvorhaben von CADFEM ist ein Verfahren entstanden, mit dem die Beulnei-gung von Baugruppen oder einzelnen Blechen unter Berücksichtigung der Umform-historie und im Zusammenhang mit der ganzen Karosserie identifiziert werden kann.Der Bedarf, den Ort einer Beulneigung belastbarer vorhersagen zu können, ist eineMotivation, das zugrunde liegende FE-Modell mit den Einflüssen aus der Herstellungzu verbessern. 53
  54. 54. Zur Definition von Ampelkriterien für die Lacktrocknungssimulation innerhalb desModul-Cockpits ist sowohl ein Erreichen der geforderten Prozesstemperaturen, alsauch das Einhalten der Haltedauern für diese Temperaturen erforderlich. Alle direktaus der Temperatur ableitbaren Kriterien können ähnlich, einfacher oder komplexerwie das sog. Einbrennfenster des jeweiligen Lackes (siehe Abbildung 50) bestimmtwerden. Eine Klassifizierung in „Anforderungen erfüllt“ oder „nicht erfüllt“ ist damitmöglich. Die Methoden zur Automatisierung der begleitenden Eigenwertanalyse unddamit die weitgehend automatisierte Identifikation der Beulneigung stellen dies auchfür die Verformung der Karosserie im Trocknungsprozess in Aussicht. Abbildung 50: KTL-Einbrennfenster (beispielhaft für DuPont)Als Ergebnis der Sensitivitätsanalyse Umformen Lackieren ist festzuhalten, dass• ein gewisser Einfluss der Übertragung der Blechdicken aus dem Umformen auf den Verlauf der Eigenwerte besteht. Im Projekt konnte jedoch kein Einfluss auf die Beulanfälligkeit der untersuchten Bauteile nachgewiesen werden.• mit der Übertragung der plastischen Vergleichsdehnungen konnte an den unter- suchten Bauteilen keine Änderung des Verhaltens identifiziert werden, da die Be- lastung mit den inhomogen verteilten Temperaturdehnungen die Fließgrenze nicht erreicht hat.Für nachgelagerte Prozesse wurde die Bedeutung der Kopplung der Lackiersimu-lation an die Prozesskette anhand der Übertragung des inhomogen ausgeprägtenBake-Hardening-Effektes aus der Lacktrocknung gezeigt. Dieser Effekt hat einen Ein-fluss auf das Crash-Verhalten. Ein Export von inhomogenen Bake-Hardening-Verteilungen aus der Trocknungssimulation wurde erfolgreich durchgeführt. 54

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