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2 Stand von Wissenschaft und Technik
SCHMIDT & HATTEL (2008) stellten jüngst einen weiteren Ansatz zur Modellierung
der Wärmequelle vor. Ihrem sog. „thermo-pseudo-mechanischen“ Modell
legen sie die temperaturabhängige Fließspannung zugrunde. Der Vorteil hierbei
ist laut den Autoren, dass in der Literatur umfangreichere Daten zu Fließspannungen
als zu Reibwerten vorhanden sind. Außerdem können mit diesem Ansatz
schnell unterschiedliche Schweißbedingungen simuliert werden, da im Gegensatz
zu den bewährten Ansätzen zur Wärmequellenmodellierungen viele Parameter
nicht als Randbedingungen vorliegen müssen, sondern Teil der Lösung der Simulationsmodelle
sind.
Neben diesen simulationsgestützten Ansätzen existieren auch Modelle, die auf
systematischen experimentellen Messungen basieren. NISHIHARA & NAGASAKA
(2003) beschreiben z. B. den Einfluss verschiedener Schweißparameter auf die
Temperatur an verschiedenen Stellen der Werkzeugschulter, leiten jedoch keine
Gesetzmäßigkeiten aus ihren Versuchen ab. Einen Schritt weiter geht das Modell
von GEBHARD & ZAEH (2006). Sie entwickelten ein Modell der Temperatur an
der Werkzeugoberfläche mit Methoden der statistischen Versuchsplanung und
-auswertung, das die Einflüsse mehrerer Schweißparameter über einen großen
Parameterbereich beschreibt.
2.5.3 Simulation von Temperatur, Eigenspannungen und Verzug
Mit den in Abschnitt 2.5.2 erwähnten Methoden zur Modellierung der Wärmequelle
können Simulationen mit diversen Zielsetzungen durchgeführt werden.
Erstes Ergebnis vieler Simulationsmodelle ist die Temperaturverteilung um das
Schweißwerkzeug und im Bauteil. GOULD & FENG (1998) beschreiben z. B. die
Temperaturverteilung in der Naht und vergleichen deren Ausbildung beim
Schweißen mit Parametern mit hohem und niedrigem Energieeintrag. SCHMIDT
& HATTEL (2008) stellen mit ihrem in Abschnitt 2.5.2 erwähnten Ansatz zur Modellierung
der Wärmequelle ein Modell auf, das es ermöglicht, schnell Temperaturverteilungen
zu simulieren, um so z. B. Maximaltemperaturen unter der Werkzeugschulter
über einen großen Parameterbereich zu berechnen. ST.GEORGES ET
AL. (2006) verwenden die Simulation des Temperaturfeldes, um die optimale
Kombination von Drehzahl und Vorschubgeschwindigkeit für einen bestimmten
Anwendungsfall zu ermitteln.
Aus dem berechneten Temperaturfeld können über die gekoppelte thermomechanische
Simulation weitere Ergebnisse abgeleitet werden. Häufig werden
z. B. die durch den Schweißprozess resultierenden Spannungen und Verzüge be-
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