Eintrag in der Universitätsbibliographie der TU Chemnitz
Scherzer, Robert
Ihlemann, Jörn (Prof. Dr.-Ing. habil.) ; Hasse, Alexander (Prof. Dr. sc. ETH) (Gutachter)
Modellierung und mehrstufige Simulation der Herstellung plastisch gefügter Welle-Nabe-Verbindungen
Kurzfassung in deutsch
In dieser Arbeit wird das Presta-Verfahren zur Herstellung gebauter Nockenwellen mithilfe der FEM simulativ nachgebildet. Da es sich beim Presta-Verfahren um einen mehrstufigen Herstellungsprozess handelt, werden dazu mehrere Teilmodelle benötigt. Darüber hinaus wird zur Repräsentation des Materialverhaltens ein phänomenologisches Materialmodell der Viskosität bei großen Deformationen verwendet, welches neben geschwindigkeitsabhängiger, plastischer Effekte sowohl kinematische als auch isotrope Verfestigung nachbilden kann.Zur späteren Identifikation der Parameter des Materialmodells werden zunächst Druck- und Torsionsversuche durchgeführt. Um die Belastungen im Laufe der Fertigung möglichst genau aufzubringen, wird anschließend die Steifigkeit der Rollierzange gemessen. Daraufhin wird der Rollierprozess zur Aufweitung des späteren Nockensitzes modelliert. Da der Modellausschnitt des folgenden Fügeprozesses des Nockens auf das Rohr anders als der des Rolliermodells ist, wird ein Wechsel der Referenzkonfiguration bei den Statusvariablen des Materialmodells durchgeführt, um die verbleibenden Spannungen des Rollierens zu erhalten. Anschließend wird ein Modell zum Aufbringen der Betriebslasten auf die Verbindung dargestellt. Abschließend wird eine Submodellstrategie vorgestellt, welches detaillierte Informationen trotz lokal grober Vernetzungen in den Hauptmodellen erlaubt.
Die Arbeit entstand im Rahmen eines Transferprojekts innerhalb des durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Sonderforschungsbereichs 692 HALS (Hochfeste Aluminiumbasierte Leichtbauwerkstoffe für Sicherheitsbauteile). Als Industriepartner steht hierbei thyssenkrupp Presta bei der Entwicklung und dem Abgleich der Modelle zur Seite.
Kurzfassung in englisch
This work shows the Finite Element Simulation of the Presta joining process: a well-established industrial process for manufacturing assembled camshafts. The Presta joining process is a multi-stage forming process, so there are multiple partial models required. Furthermore, for the representation of the material behaviour a material model of finite strain viscoplasticity will be used. This model is able to simulate viscous plasticity as well as kinematic and isotropic hardening.In order to allow a identification of the material law’s parameters torsion tests and compression tests performed. For a good representation of the manufacturing loads the stiffness of the rolling tool will be measured. Subsequently, the rolling process of widening the shaft at the later cam seat will be modelled. Because of the differences between the rolling model’s and the following joining processes geometry a change of the material model’s state variables to a new reference configuration will be executed to maintain internal stresses of the rolling process. Then a loading model will be shown. Finally, in order to get detailed information without a fine mesh in the main models a strategy of sub-modelling will be introduced.
The research shown in this work originates from the collaborative research centre SFB 692 HALS (High-strength aluminium based lightweight materials for safety components) which is supported by German Research Foundation (DFG). Furthermore, this research was carried out in close cooperation with thyssentrupp Presta.
| Universität: | Technische Universität Chemnitz | |
| Institut: | Professur Festkörpermechanik | |
| Fakultät: | Fakultät für Maschinenbau | |
| Dokumentart: | Dissertation | |
| Betreuer: | Jörn Ihlemann, Jörn (Prof. Dr.) | |
| Quelle: | 2019. - 127 S. | |
| Freie Schlagwörter (Deutsch): | Kontinuumsmechanik , Viskoplastizität , FEM , Metallwerkstoffe , mehrstufige Umformverfahren , Metallplastizität , Eigenspannungen , Nockenwellen , Verbrennungsmotor | |
| Freie Schlagwörter (Englisch): | Continuum mechanics , viscoplasticity , finite element method , metallic materials , multi-step forming process , metal plasticity , eigenstresses , camshafts , combustion engines | |
| Sprache: | deutsch | |
| Tag der mündlichen Prüfung | 20.12.2019 |
