Digitale Prozessketten sind nicht nur für den Leichtbau wichtig – dort aber umso mehr, als der Leichtbau häufig eine Gestaltoptimierung erfordert, bei der das Bauteil durch wirkende Kräfte, Bauraum, Material und weitere Randbedingungen definiert wird.
Im Projekt „DNAguss: durchgängige numerische Auslegung entlang der Prozesskette von Gussbauteilen“ widmeten sich die Forschendpartner unter Leitung des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF der Aufgabe, mehrere Softwaretools in einer einzigen Softwarekette zu verknüpfen. Erklärtes Ziel war, Gießbarkeit, Leichtbau, Betriebsfestigkeit und zerstörungsfreie Prüfbarkeit von Bauteilen optimal aufeinander abzustimmen. Gelingt das, so sind eine verbesserte Strukturgestaltung, Gewichtsreduzierung und das Senken der Herstellungskosten bei gleichzeitiger Sicherstellung der Betriebsfestigkeit möglich.
Im Projekt stand zunächst Situationsanalyse im Fokus. Auf dieser Grundlage wurde ein CAD-Modell mittels Topologieoptimierung erstellt. Die Topologieoptimierung sorgt dafür, dass das Bauteil materialsparend und festigkeitsoptimiert konstruiert ist. Dabei wird die strukturmechanische Simulation in einem Finite-Element-Programm, beispielsweise Permas, durchgeführt und die grobe Gestalt ermittelt. Grundlegende Anforderungen wie Gießbarkeit und Prüfbarkeit können in der Topologieoptimierung bereits berücksichtigt werden.
„Die Projektergebnisse zeigen, dass durch die Verkettung fortschrittlicher Softwaretools die Konstruktion von Gussbauteilen revolutioniert werden kann.“
🤝Felix Reissner, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Fraunhofer LBF und Projektleiter von DNAguss
Das CAD-Modell ist dann Basis zum Sicherstellen der Gießbarkeit des Bauteils aus dem Werkstoff EN-GJS-400-18-LT durch eine Gießprozesssimulation in Magmasoft. Dabei wird auch die lokale Gefüge-Zusammensetzung berechnet, die zu einem späteren Zeitpunkt in der Softwarekette benötigt wird. Anschließend erfolgt die Formoptimierung, bei der die Betriebsfestigkeit mit Hilfe der Software FEMFAT in die Formoptimierungsschleife integriert und für die Lebensdauerberechnung verwendet wird. Die Lebensdauerberechnung kann entweder basierend auf einer lokalen Gefüge-Zusammensetzung oder mit globalen Kennwerten durchgeführt werden.
Aus den Ergebnissen aus Magmasoft sowie Versuchs- und Metallographie-Daten kann durch eine Korrelationsgleichung die lokale Schwingfestigkeit in Abhängigkeit von der lokalen Gefügezusammensetzung bestimmt werden. Damit ist dann eine gezielte Gewichtsoptimierung bei Sicherstellung der Betriebsfestigkeit möglich.
Durch die Integration aller in der Konstruktion verwendeten Softwaretools in eine einzige Softwarekette konnten die Parameter Gießbarkeit, Leichtbau, Betriebsfestigkeit und zerstörungsfreie Prüfbarkeit von Bauteilen optimal aufeinander abgestimmt werden. Am Beispielbauteil des Projektes wurden auf diese Weise 34 Prozent an Gewicht eingespart.
Quelle und weitere Infos: Pressemitteilung
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