Umformsimulationen mit einem expliziten Solver

Das 3DEXPERIENCE Works Simulationsportfolio umfasst die Möglichkeit Metallumformungsprozesse zu simulieren. Hierbei können SOLIDWORKS Modelle assoziativ eingebunden werden.

Umformprozesse können Stanzen, Walzen, Schmieden, Biegen, Tiefziehen und mehr umfassen. Die Simulation solcher Prozesse kann eine anspruchsvolle Aufgabe sein, da sie geometrische-, Material- und Kontakt-Nichtlinearitäten beinhalten.

Allerdings bietet die Simulation von Umformprozessen auch große Chancen. Man kann damit sowohl die Kosten als auch die Dauer eines Produktentwicklungszyklus enorm reduzieren, indem man potenzielle Probleme vor der Werkzeugerstellung oder Fertigung identifiziert.

Die Simulation kann auch die Qualität des herzustellenden Teils verbessern, indem sie zeigt, ob die Fertigungsprozesse z.B. die Rückfederung, die Dehnung der Teile und die Dickenreduzierung angemessen berücksichtigen.

Umformsimulationen mit einem expliziten Solver - Abbildung 1: Umformung einer Klappe in ein Blechteil — Abbildung 1: Umformung einer Klappe in ein Blechteil

Validierung im laufenden Betrieb

Umformsimulationswerkzeuge auf der 3DEXPERIENCE Plattform bilden Fertigungsprozesse virtuell nach, um mögliche Probleme wie Ausdünnung, Faltenbildung oder Risse zu überprüfen. Auf diese Weise können Anwender während der Entwicklung Anpassungen vornehmen, wodurch oft mehrere physische Prototypen überflüssig werden. Außerdem kann man mit verschiedenen Materialien experimentieren, um zu sehen, wie sie sich in der realen Welt (virtuell) verhalten, und dann entscheiden, welches Material für die Anwendung am besten geeignet ist. Außerdem können Prozessparameter wie Fertigungsgeschwindigkeiten oder Temperaturniveaus kalibriert werden.

Kostspieliger physikalischer Prüfzyklus

In einer herkömmlichen Entwicklungsumgebung, ohne Simulation der Metallumformung, müssen während des Prozesses physikalische Werkzeuge entwickelt und Prototypen produziert werden um das Design zu validieren. Dieser Prozess kann mehrere Iterationen erfordern, bevor man zu einer endgültigen Version kommt – ein sehr langsamer und teurer Prozess. Die Finite-Elemente-Analyse (FEA) zeigt jedoch wie sich Produkte verhalten werden, ohne dass man einen physischen Test durchführen muss. Man kann somit Iterationszyklen auf Basis von Versuchen in der Entwicklung eliminieren und stattdessen Simulationen einsetzen.

Umformsimulationen mit einem expliziten Solver - Abbildung 2: Allgemeiner Entwicklungsprozess mit Hilfe von Simulationen — Abbildung 2: Allgemeiner Entwicklungsprozess mit Hilfe von Simulationen

Der explizite Gleichungslöser

Simulationen der Metallumformung sind numerisch anspruchsvoll, da häufig große Verformungen, Plastizität oder komplexe Kontaktsituationen (inkl. großen Relativbewegungen und Reibung) auftreten, was zu hochgradig nichtlinearen Simulationsstudien führt.

Das 3DEXPERIENCE Works Portfolio an Simulationslösungen bietet zusätzliche Werkzeuge für Ihren FEA-Werkzeuggürtel. Wenn Sie auf Simulationen stoßen, die hochgradig nichtlinearer Studien erfordern, können Sie einfach zu einem anderen Werkzeug greifen – in diesem Fall zum expliziten Solver innerhalb von 3DEXPERIENCE. Dieser Gleichungslöser verwendet ein explizites Integrationsschema und muss keine Gleichgewichte ausiterieren. Komplexe Vorgänge können dadurch effizient berechnet werden. Dies betrifft sowohl Vorgänge im Bereich der Kurzzeitdynamik, als auch langsamere Prozesse, die als statisch oder quasi-statisch angesehen werden können.