Integration fortgeschrittener Werkstoffmodelle für CAE Anwendungen – Advanced Materials Model Integration for CAE Applications (AMMICAL)

Problemstellung
Die Simulation von Prozessen, Systemen und Produkten mittels rechnergestützter, sogenannter CAE (Computer-aided engineering)-Technologien, hat in der Produktentwicklung zunehmend an Bedeutung gewonnen. Bislang sind jedoch meist klassische Materialkarten, detaillierte Beschreibung des Materialverhaltens auf unterschiedlichen computergesteuerten Systemen vorhanden, die miteinander nicht kompatibel sind. Während in der Vergangenheit einfache Fließkurven und temperaturabhängige Umformdiagramme ausreichend waren, sind heute weitergehende Beschreibungen, z. B. über das Materialversagen, erforderlich. Die notwendigen Daten werden dafür aus komplexen Werkstoffprüfungen, u. a. durch eine optische Erfassung lokaler Verformungen, ermittelt. Dabei werden jedoch große Datenmengen erzeugt. Zur Etablierung leistungsfähiger Wertschöpfungsketten in der Produktentwicklung 4.0 werden zukünftig leistungsfähige und konsistente Werkstoffmodelle benötigt.

Ziel
Ziel des Forschungsprojekts AMMICAL ist die Abbildung der digitalen Wertschöpfungskette von komplexen Werkstoffprüfungen bis zu Werkstoffmodellen für den Einsatz in CAE-Systemen. Dies beinhaltet die Datenerfassung, -verdichtung, -auswertung und Modellbildung sowie Modelldistribution entlang der gesamten Prozesskette für die Werkstoffprüfung metallischer Strukturwerkstoffe. Dafür soll eine funktionale prototypische Software zur Verbesserung des Produktlebenszyklus entwickelt werden. So kann die Prozess- und Systemsimulation in der multilateralen Industrie 4.0-Zusammenarbeit gestärkt werden.

Vorgehensweise
Hierzu werden Methoden zur Softwareentwicklung für die Speicherung und Verdichtung von Daten aus kamerabasierten Werkstoffprüfungen zur berührungslosen Verformungsmessung mit unterschiedlichen Verfahren, wie beispielsweise Infrarot, erarbeitet. Aus diesen gewonnenen Daten werden übergeordnete digitale Materialmodelle abgeleitet. Daraus können spezifische Material-Modelle für unterschiedliche CAE-Systeme erzeugt werden. Es werden Referenzprozesse aus bestehenden Prozessen der Materialprüfung, z. B. von Stahlbolzen, und deren Datenverarbeitung definiert und in einen Softwareprototyp integriert. Dieser erstellt sogenannte Master-Materialmodelle, welche dann mit bereits bekannten Materialmodellen validiert werden können.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Der Prototyp wird zu einem offenen Softwareprodukt weiterentwickelt, das perspektivisch in weiten Bereichen des Engineerings, beispielsweise auch für die Automobilbranche und dem Sondermaschinenbau, genutzt werden kann. Damit wird die Zusammenarbeit sowohl zwischen Unternehmen als auch deren Kunden signifikant gefördert und beschleunigt. Das Forschungsvorhaben ermöglicht so eine neuartige Datenintegration in einem aufstrebenden industriellen und länderübergreifenden Umfeld.

• Hochschule Mittweida
• Matplus GmbH
• NORDMETALL GmbH
• Technische Universität Chemnitz