Konzeption und Implementierung einer wissenschaftlichen Bewertungsmethode zur Auslegung von Laserstrahlschweißverbindungen

Der Prozess der rechnergestützten Bauteilauslegung mittels Finite-Elemente-Software ist, je nach Bauteilkomplexität, sehr zeitaufwändig. Dabei beschränkt sich der Aufwand nicht nur auf die Berechnung der Modelle. Große Bemühungen sind auch bei der FE-Modell-Erstellung erforderlich, da die Qualität der Modellvernetzung einen entscheidenden Einfluss auf die Ergebnisqualität hat. Es werden Ergebnisse verlangt, denen vertraut werden kann. Daher ist neben einem guten und geeigneten Auslegungskonzept auch die Methodik zur Berechnung der konzeptabhängigen Spannungen von großer Bedeutung. Die Auswertung der Ergebnisse und das Berechnen der Lebensdauer verlangen ebenfalls nach größeren Bemühungen. Daher müssen zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit Werkzeuge und Methoden zur automatisierten konzeptabhängigen Modellierung und Ergebnisauswertung entwickelt werden. In dieser Diplomarbeit werden im ersten Teil Methoden entwickelt, den Prozess der Schwingfestigkeitsbewertung von (laserstrahl-) geschweißten Verbindungen mittels Finite-Elemente-Methode (FEM) zu automatisieren. Diese Methoden, die auf dem Kerbspannungskonzept und einer Diversifikation der Submodellgenerierung basieren, realisieren eine automatisierte Lebensdauerermittlung auch bei komplexen Schweißnahtgeometrien. Die betrachteten Automatisierungskonzepte werden im zweiten Teil der Arbeit programmiertechnisch in der Programmiersprache Python umgesetzt und in Form eines Plug-ins in die FE-Software Abaqus implementiert. Durch die Implementierung können die entwickelten Methoden intensiv untersucht werden. Der Fokus der Untersuchungen wird auf die Ermittlung der Abweichungen der automatisiert bestimmten Ergebnisse zu Resultaten aufwändig erstellter und berechneter Referenzmodelle gelegt. Die maximale Differenz bei grober Vernetzung des Globalmodells beträgt ca. 6 % in der berechneten maximalen Spannung. Eine feinere Diskretisierung des Globalmodells führt zu weitaus geringeren Abweichungen. Außerdem wird die Leistungsfähigkeit der Automatisierung durch einen Vergleich der Berechnungszeiten nachgewiesen. Bei einem Modell einer relativ komplexen Schweißverbindung kann eine Zeitersparnis gegenüber der Rechenzeit des Referenzmodells um den Faktor 1500, bei einer maximalen Kerbspannungsabweichung von ca. 6 %, erreicht werden.