Visuelles Fügeassistenzsystem
Verfasser:
Dipl.-Math. Tobias Falk, Prof. Dr.-Ing. Welf-Guntram Drossel, Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik Dresden
126 Seiten - 91,00 EUR (sw, 112 teils farbige Abb., 17 Tab.)
ISBN 978-3-86776-634-0
Zusammenfassung
Im vorliegenden Projektbericht wird beschrieben, wie für das mechanische Fügeverfahren Halbhohlstanznieten eine Methode entwickelt wurde, um den Bemusterungsprozess bei der Auswahl geeigneter Fügewerkzeuge für das Verbinden von zwei Blechpartnern effizienter zu gestalten. Dabei lag der Fokus auf der Entwicklung eines Softwaredemonstrators, der durch einfache, intuitive Bedienbarkeit Halbhohlstanznietpunkte visualisiert, ohne dass der Anwender tiefes Wissen bezüglich numerischer Simulation oder bei der Erstellung experimenteller Versuche besitzen muss.
Aufbauend auf validierten Simulationsmodellen dient eine durch Variantensimulation erzeugte numerische Datenbasis mit über 2000 Berechnungen als Grundlage für die durchgeführten Untersuchungen. Zur Vergleichbarkeit all dieser Simulationen untereinander ist zunächst eine Standardisierung der Ergebnisnetze notwendig.
Dabei sind universelle Netzstrukturen sowohl für die Blechpartner als auch für den Niet als Hilfsfügeteil entwickelt worden, die eine gleichbleibende Anzahl und Lage der Knotenpunkte für eine einheitliche Betrachtung generieren. Aufgrund der Vielzahl an integrierten Simulationen und Knotenpunkten ist eine Datenreduktion mittels linearer Hauptkomponentenanalyse durchgeführt worden, um die Komplexität und Berechnungsdauer verringern zu können.
Für jede der so gewonnenen Hauptkomponenten unter Berücksichtigung der Eingangsparameter ist ein individuelles polynomiales Approximationsmodell zur bestmöglichen Prognose erstellt worden.
Durch die Rücktransformation in den ursprünglichen Darstellungsraum ist die Möglichkeit geschaffen worden, die prognostizierten Fügepunkte in Echtzeit visualisieren zu können.
Die beschriebene Vorgehensweise mündet in einem Softwaredemonstrator, der die einzelnen Methodenschritte beinhaltet. In diesem besteht die Option, sich durch Einstellen der Eingangsparameter per Schieberegler auf einfache Weise Fügepunkte zu generieren. Darüber hinaus ist eine Beanspruchungsanalyse durch Anzeige der ebenfalls prognostizierten Ausgabegrößen wie etwa Umformgrad, maximale Hauptspannung oder Schädigung Gegenstand des Demonstrators.
Förderhinweis
Das IGF-Vorhaben „Visuelles Fügeassistenzsystem" der Forschungsvereinigung EFB e.V. wurde unter der Fördernummer AiF 20630BR über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 576 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.
Summary
This project report describes how a method was developed for the mechanical joining process of semi-tubular self-pierce riveting in order to make the sampling process for selecting suitable joining tools for joining two sheet metal partners more efficient. The focus is on the development of a software demonstrator that visualizes semi-tubular self-pierce riveting points through simple, intuitive operation without requiring the user to have in-depth knowledge of numerical simulation or the creation of experimental tests.
Based on validated simulation models, a numerical database generated by variant simulation with more than 2000 calculations serves as the basis for the investigations carried out. For the comparability of all these simulations among each other, a standardization of the resulting mesh is necessary.
For this purpose, universal mesh structures have been developed both for the sheet metal partners and for the rivet, which generates a constant number and position of the nodes for a uniform observation. Due to the large number of integrated simulations and nodes, a data reduction using linear principal component analysis has been performed in order to be able to reduce the complexity and calculation time. For each of the principal components obtained in this way, taking the input parameters into account, an individual poly-nomial approximation model has been created for the best possible prediction.
By transforming the model back into the original space, it is possible to visualize the predicted joints in real time.
The described procedure results in a software demonstrator, which contains each method step. In this software demonstrator, the user has the option to easily generate joining points by adjusting the input parameters via sliders. In addition, a stress analysis by displaying the likewise projected output variables such as deformation, maximum principal stress or damage is part of the demonstrator.
Inhaltsverzeichnis
Zusammenfassung
Formelverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
1 Einleitung
2 Stand der Technik
2.1 Halbhohlstanznieten
2.1.1 Definition und Einordnung
2.1.2 Verfahren
2.1.3 Simulation des Halbhohlstanznietens
2.2 Stochastische Analysen
2.2.1 Sensitivitätsanalyse
2.2.2 Methoden zur Datenreduktion
2.2.3 Modellbasierte Prognose von Prozessparametern und -ergebnissen in der mechanischen Fügetechnik
3 Problemstellung, Zielstellung und Lösungsansätze
3.1 Problemstellung
3.2 Wirtschaftliche Relevanz
3.3 Zielstellung
4 Generierung der Datenbasis
4.1 Versuchswerkstoffe
4.2 Fügeprozessparameter
4.3 Validierung der Simulationsmodelle
4.4 Numerische Datenbasis
5 Auswertung und Standardisierung der Simulationsergebnisse
5.1 Kontur und Netzelemente
5.1.1 Niet
5.1.2 Butzen
5.1.3 Oberblech
5.1.4 Unterblech
5.2 Ausgabegrößen
6 Datenreduktion
6.1 Lineare Hauptkomponentenanalyse
6.2 Anwendung auf HHSN-Datensatz
7 Prognosemodellbildung
7.1 Approximationen, Methoden und Vergleichbarkeit
7.2 Rücktransformation in ursprünglichen Datenraum
7.3 Prognosebildung angewendet auf datenreduzierten HHSN-Datensatz
7.4 Methodenvalidierung
8 Softwaredemonstrator
8.1 Aufbau des Softwaredemonstrators
8.2 Funktionen des Softwaredemonstrators
8.3 Anwendung des Softwaredemonstrators
9 Ergebnisse
9.1 Wissenschaftlich-technischer und wirtschaftlicher Nutzen der erzielten Ergebnisse für KMU, innovativer Beitrag und industriellen Anwendungsmöglichkeiten
10 Literatur
11 Anlagen
