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Prozeßsimulation in der Umformtechnik
Herausgegeben im Auftrag der Projektgruppe
Prozeßsimulation in der Umformtechnik von
Univ.-Prof. em. Dr.-Ing. Dr. h.c. K. Lange,
Stuttgart
Band 7
Bericht des Lehrstuhls für Umformende
Fertigungsverfahren der Universität Dortmund
Prof. Dr.-Ing. E. v. Finckenstein
Projektgruppe Prozeßsimulaton in der Umformtechnik
Univ.-Prof. Dr.-Ing. D. Besdo
Institut für Mechanik
Universität Hannover
Univ.-Prof. Dr.-Ing. E. Doege
Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen
Universität Hannover
Univ.-Prof. Dr.-Ing. E. v. Finckenstein
Lehrstuhl für Umformende Fertigungsverfahren
Universität Dortmund
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr.h.c. M. Geiger
Lehrstuhl für Fertigungstechnologie
Friedrich-Alexander -Un iversität Erlangen -Nürnberg
Univ.-Prof. Dr.-Ing. B. Kröplin
Institut für Statik und Dynamik der Luft-und
Raumfahrtkonstruktionen, Universität Stuttgart
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E. h. O. Mahrenholtz
Arbeitsbereich Meerestechnik 11 -Strukturmechanik
Technische Universität Hamburg-Harburg
Univ.-Prof. Dr.-Ing. J. Reissner
Institut für Umformtechnik
Eidgen. Technische Hochschule Zürich
Univ.-Prof. Dr.-Ing. A. Reuter
Institut für Parallele und Verteilte Höchstleistungsrechner
Universität Stultgart
Univ.-Prof. Dr.-Ing. K. Siegert
Institut für Umformtechnik
Universität Stuttgart
Sprecher: Univ.-Prof. sm. Dr.-Ing. Dr. h.c. K. Lange
Universität Stuttgart
Koordinator: Dr.-Ing. M. Herrmann
Universität Stuttgart
Andreas Greve
Wissens- und datenbank
basiertes Beratungssystem
für die FE-Simulation von
Umformprozessen
Mit 59 Abbildungen
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg GmbH 1994
Dipl.-lnform. Andreas Greve
Lehrstuhl tor Umformende Fertigungsverfahren
Universităt Dortmund
Praf. Dr.-lng. Eberhard von Finckenstein
Lehrstuhl tor Umformende Fertigungsverfahren
Universităt Dortmund
ISBN 978-3-540-58514-5 ISBN 978-3-662-10970-0 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-10970-0
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© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1994
Ursprunglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 1994
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SPIN: 10483852 62/3020-543210
Geleitwort des Herausgebers
Die VerfahwnsC'lltwicklung ist in dPr Umformtechnik unmittelbar verknüpft mit der
Frage nach der Durchführbarkeit eines Umformvorganges und nach einer optimalen
Prozeßführung. Beide Problemstellungen erfordern ein tieff's Verständnis des Ein
flusses verschiedenartigster Prozeßparamder, wie Eigenschaften des umzuformenden
Werkstoffes (mechanische und metallkundliche), Reibungsbedingungen in der Wirk
fuge, Werkzeuge (Geometrie, Werkstoff), Umformtempf'ratur, Umformgf'schwindigkeit,
Umformmaschine und deren gegenseit.ige Beeinflussung.
Die seit den siebziger Jahren eingeführten und zunehmend leistungsfähigeren Metho
dm der numerischen Simulation von Umformvorgängen leisten schon jetzt wertvolle
Beit.räge bei der Bewältigung der genannten Aufgaben. Die in der Simulationsphase
gewonnenen Werkstiickgeomet.riedat.en werden mit Hilfe von CAD/CAM-Systemen di
rekt für die Erst.ellung von Arbeitsplanungs- und Fertigungsunterlagen benutzt. Damit
kann mit einem durchgehenden Informationsfluß von der Werkstückentwicklung über
die Konstrukt.ion der benötigten Werkzeuge bis zur Weitergabe der Geometriedat.en
für die NC-Fertigung der Werkzeuge gearbeitet werden. Voraussetzung hierfür sind
allerdings genaue numerische Verfahren, gesicherte Stoff- und Maschinendaten sowie
Versagenskriterien und Prozeßrandbedingungen.
In Erkenntnis dieser anspruchsvollen wissenschaftlichen Aufgabenstellung haben sich
die eingangs aufgf'führten acht Institute universitäts- und fachübergreifend zur Bear
beitung des Gf'rneinschaftsprojektes
Prozeßsimulation in der Umformtechnik
im Jahre 1988 zusammengeschlossf'n. Das Projekt wird von der Volkswagen-Stiftung
gefördert. Erarbeitet werden soll ein nach modernen Gesichtspunkten strukturiertes
universelles, leistungsfähiges Programmsystem für die Simulat.ion von Umfonnprozes
sen als eine wesf'ntliche und notwendige Grundlage für die Verbessemng der ingenieur
wissenschaftlichen Forschung und Entwicklung zur Errichtung rechnerintegrif'rter Pro
dllktionssystemf' in df'r Umformtecllllik (CIM). Die Vielfältigkeit der industriellen Um
form verfahren bringt es notwelldig"nveise mit sich, daß im Gemeinschaftsproje.kt wegen
der zeitlichen und personcllen Begrenzung nicht die ganze Breite der Umformprozesse
berücksichtigt. werden kann. Es werden damit im Hinblick auf die Anwendungsorien
tierung Lücken offen bleiben, die jedoch wegen der modularen Programmstruktur später
jederzeit über vorgf'gdwne Schnittstellen geschlossen werden können.
Ferner ist mit Sicherheit zu erwarten, daß während der Bearbeitung Defizite an er
forderlichen Daten, Randbedingungen etc. sichtbar werden, aus denen sich Allforde
rungskataloge für zusätzliche experimentelle und theoretische Untersuchungen ergeben
werden. Insofern wird das Gemeinschaftsprojekt über die Erstellung des Programmsy
stems zur "Prozeßsimulation in der Umformtechnik" hinaus weitere wichtige Impulse für
Forschungen zu den ingenieurwissenschaftlichen Grundlagen der Umformtechnik geben.
Mit etwa 35 Teilprojektleitern, Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern verfügt. die Pro
jektgemeinschaft über ein bedeutendes Potential an Fachkräften und Wissen. Das zu
erstellende Programmsystem soll nach Projektabschluß zunächst allen öffentlichen und
gemeinnützigen Forschungsinstitutionen in Deutschland, in der Schweiz etc. als For
schungsversion zur Verfügung stehen.
Im Rahmen dieser Berichtsreihe werden die wissenschaftlichen Ergebnisse der Arbeiten
in den Teilprojekten in bewährter Zusammenarbeit mit dem Springer-Verlag der Fach
öffentlichkeit vorgestellt.
Stuttgart, im Januar 1991 Kurt Lange
Vorwort
Die vorliegende Arbeit entstand während meiner Tätigkeit als wissenschaftlicher
Mitarbeiter am Lehrstuhl für Umformende Fertigungsverfahren der Universität
Dortmund.
Herrn Prof. Dr.-Ing. Eberhard von Finckenstein danke ich für die Übernalune des
Hauptreferats und der damit verbundenen Unterstüzung meiner Arbeit.
Mein Dank gilt ebenfalls den Korreferenten Herrn Prof. Dr.-Ing. A. Behrens und
Herrn Priv. Doz. Dr.-Ing. M. Kleiner für die Durchsicht der Arbeit.
Besonders danken möchte ich an dieser Stelle auch allen Mitarbeitern des
Lehrstuhls und allen Kollegen des Projektes "Prozeßsimulation in der Umform
technik", die wesentlich zum Gelingen der Arbeit beigetragen haben.
Freiburg i. Br., Juni 1994 Andreas Greve
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 17
2 Stand der Kenntnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 21
2.1 Entwicklung der Prozeßsimulation in der Umformtechnik ... 21
2.1.1 Geschichtliche Entwicklung ., . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 22
2.1.2 Entwicklungstendenzen ..... . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 27
2.2 Datenbankeinsatz bei der Prozeßsimulation . . . . . . . . . . . . .. 30
2.3 Expertensysteme zur Beratung bei umformtechnischen Frage-
stellungen ....................................... 35
3 Ziel der Arbeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 39
4 Konzept eines Beratungssystems für den FE-Anwender 42
4.1 Arbeitsweise und Möglichkeiten von Expertensystemen 42
4.2 Grundlegende Aspekte zur FE-Beratung ................ 49
4.3 Struktur der Wissensbasis für die FE-Beratung. . . . . . . . . .. 54
5 Einsatz des Beratungssystems zur Elementtypwahl ........ 60
5.1 Kriterien der Elementtypwahl ........................ 60
5.2 Aufbau des Elementberatungssystems ............... . .. 65
6 Werkstoffdaten in der Prozeßsimulation . . . . . . . . . . . . . . . . .. 73
6.1 Simulation des Werkstoffilusses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 73
6.2 Zwischenschichtphänomene .......................... 86
6.3 Versagensmodelle ................................. 92
10
7 Datenbankbasierte Materialdatenverwaltung MDV . . . . . . . .. 96
7.1 Allgemeine Aspekte und Anforderungen. . . . . . . . . . . . . . . .. 96
7.2 Entwurf der SQL-Materialdatenbank ................... 100
7.2.1 Arbeitsweise relationaler Datenbanksysteme ........ 100
7.2.2 Konzepte und Aufbau der Materialdatenbank ....... 109
7.3 Schnittstellen zur Datenbank ......................... 116
7.3.1 Datenbankrecherchesystem ..................... 116
7.3.2 Dateneingabesystem ........................... 120
7.3.3 Initialisierungssystem ......................... 122
7.3.4 Laufzeitsystem ............................... 124
8 Einsatz der Materialdatenverwaltung in der Prozeßsimula-
tion ................................................. 131
8.1 Integration der Materialdatenverwaltung in das Projekt "Pro-
zeßsimulation in der Umformtechnik" PSU .............. 131
8.2 Datenbankzugriff bei halbanalytischen Biegesimulationen . . . 136
8.3 Kopplung der Materialdatenbank an das Finite Elemente Pro-
gramm MARe .................................... 140
9 Zusammenfassung und Ausblick ......................... 148
10 Literatur ............................................ 153
Anhang
