Multidisziplinäre Formoptimierung modularer Grundgeometrien für Druckgussbauteile mit strömungs- und strukturmechanischen Zielfunktionen

• Main Author: Maurer, Simon Alexander
• Other Authors: Technische Universität Bergakademie Freiberg, Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnologie
• Format: Doctoral Thesis
• Language: deu
• Published: Technische Universitaet Bergakademie Freiberg Universitaetsbibliothek "Georgius Agricola" 2016
• Subjects: Formoptimierung; Robustheit; Gussbauteile; Druckguss; Grundgeometrien; Umlenkungen; Rippen; Strömungsberechnung; Strukturberechnung mit inhomogenen Werkstoffeigenschaften; Porositäten; Lufteinschlüsse; Gestaltungsempfehlungen; Konstruktionsrichtlinien; shape optimization; robustness; casting parts; high pressure die casting; basic geometries; bends; ribs; computational fluid dynamics; structural analysis with inhomogeneous material properties; pores; air entrapment; design guidelines; ddc:620; Bauteil; Gestaltoptimierung; Geometrie; Strömungsmechanik; Strukturmechanik
• Online Access: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:105-qucosa-197331; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:105-qucosa-197331; http://www.qucosa.de/fileadmin/data/qucosa/documents/19733/Dissertation_Maurer_160207b_w_Druckversion-sw_pdfA.pdf

Am Anfang des Entwicklungsprozesses eines Gussbauteils für die Automobilbranche steht klassischerweise die konstruktive Ausarbeitung und die Auslegung auf Zielgrößen, wie Festigkeit, Steifigkeit bzw. die Erfüllung der Crashlasten. Im nächsten Entwicklungsschritt wird, oftmals in Zusammenarbeit mit externen Lieferanten, das Werkzeugkonzept entwickelt und die Herstellbarkeit mit Hilfe von Gießsimulationen abgesichert. Bei der Fertigung verursachen streuende Prozessgrößen, wie etwa Geschwindigkeits- oder Temperaturniveaus, Schwankungen in der Leistungsfähigkeit des Endprodukts (z. B. lokale Bruchdehnung oder Zugfestigkeit). Maßnahmen zur Erhöhung der Prozessstabilität und zur Reduktion des Verschleißes konzentrieren sich oftmals auf die erfahrungsbasierte Verbesserung des Fertigungsprozesses und Anpassungen des Anguss- und Überlaufsystems. Größere Änderungen der Bauteilgeometrie sind häufig aus zeitlichen Gründen nicht mehr möglich. Das Ziel dieser Arbeit ist es daher, optimierte modularisierte Grundgeometrien, wie Rippen oder Umlenkungen, mit Hilfe von numerischen Formoptimierungen zu entwickeln, um diese schon von Anfang an in der Bauteilentwicklung zu berücksichtigen. Als Zielfunktionen dienen strömungs- und strukturmechanische Kenngrößen, um einerseits verschleißfördernde Mechanismen und füllungsbedingte Defekte zu reduzieren und andererseits die Beanspruchbarkeit zu erhöhen. Bei den Untersuchungen wird zusätzlich die Robustheit des Ergebnisses analysiert, um Verbesserungspotenziale auch bei streuenden Randbedingungen realisieren zu können. === The virtual development process of an automotive casting part usually begins with classical design tasks and analyses of material strength, stiffness and crash load cases. In the next step, often in cooperation with external suppliers, the tooling concept is developed and casting simulations are used to ensure manufacturability. During manufacturing there is a scatter in process parameters, such as flow velocity or temperature levels, which in turn cause a scatter in the performance of the final product (e.g. local elongation at fracture or ultimate tensile strength). Means to increase process stability and yield are often limited to knowledge-based improvements of the manufacturing process parameters and adaptations of the gating and overflow system. Major changes to the part geometry are usually no longer possible due to project time constraints. Therefore it is the goal of this thesis to optimize modularized basic geometries, like ribs or bends, by using numerical shape optimizations and employ them right from the beginning of the part development process. For the objective functions of the optimizations the disciplines of fluid dynamic filling and the resulting structural behaviour are considered. In addition, the resulting shape is analyzed with regards to robustness towards scatter in manufacturing operating conditions. By using these new modularized geometries the overall robustness of the final product is expected to be increased.