Effziente numerische Simulation

Das kontinuierliche Induktionsschweißen gilt als einer der vielversprechendsten Methoden für das thermische Fügen von CFK. Eine wesentliche Herausforderung des Induktionsschweißens ist die komplexe Temperaturverteilung in der Fügezone und ein Mangel an effzienten und präzisen Modellen zur Berechnung der Temperaturverteilung. Einen Grundstein für die Simulation des kontinuierlichen Induktionsschweißens zu legen, wurden in vorherigen Projektphasen Modelle zur Beschreibung des statischen Aufheizverhaltens von CFK-Laminaten erstellt und umfassend validiert. Auf Basis dessen wurde in der finalen Phase des Projektes ein Simulationsmodell für den Induktionsschweißprozess entwickelt. Im Gegensatz zu konventionellen gekoppelten multi-physikalischen Simulationen erfolgt die elektromagnetische Berechnung des Aufheizmusters einmalig in einer vorgelagerten Simulation. Das resultierende Aufheizmuster wird dann als Randbedingung in eine thermisch-mechanische Simulation des Induktionsschweißprozesses integriert. Der entwickelte Simulationsansatz konnte umfassend experimentell validiert werden. Dabei zeigte sich das Simulationsmodell in der Lage, die Temperaturverteilung in den Fügepartnern präzise vorherzusagen. Die entkoppelte Berechnungsmethode, welche erstmals die effziente Verwendung hochauflösender Materialmodelle auch für große Schweißgeometrien erlaubt, ist im Gegensatz zu bisherigen Modellen weiterhin in der Lage, den Einfluss unterschiedlichster Lagenaufbauten auf die Temperaturverteilung zu berechnen. Geplante nächste Schritte umfassen neben der Simulation komplexer Demonstratoren mit mehreren Schweißbahnen auch die Kopplung der Simulation an eine in-situ Prozesskontrolle.

Das langfristige Ziel des Vorhabens ist die Optimierung der Geschwindigkeit des kontinuierlichen Induktionsschweißprozesses von CFK-Organoblechen in Verbindung mit einer resultierenden Fügequalität auf Autoklav-Niveau.