DE102012023670A1

DE102012023670A1 - Verfahren zum Anordnen von Schweißpunkten in einer Schweißverbindung

Info

Publication number: DE102012023670A1
Application number: DE201210023670
Authority: DE
Inventors: Alexander Schick; Lothar Harzheim; Alexander Christ
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-12-04
Filing date: 2012-12-04
Publication date: 2014-06-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anordnen von Schweißpunkten in einer Schweißverbindung zweier Bauteile, wobei das Verfahren (1) folgende Schritte aufweist: – Beschreiben der Festigkeit der Schweißverbindung über ein finite Elemente Modell mit einer ersten Menge einer vorgegebenen Anzahl an Schweißpunkten (2); – Erhöhen der vorgegebenen Anzahl an Schweißpunkten in dem Modell um einen ersten Faktor auf eine zweite Menge an Schweißpunkten (3); – Bestimmen einer dritten Menge an Schweißpunkten aus der zweiten Menge deren Betrag kleiner gleich einem vorgegebenen Bruchteil des Betrags der ersten Menge ist, wo bei die dritte Menge an Schweißpunkten derart bestimmt wird, dass die Festigkeit der Schweißverbindung für die Elemente der dritten Menge maximal ist (4); – Ermitteln von Schweißpositionen für die Schweißpunkte der dritten Menge durch Verschieben von Schweißpunkten der dritten Menge mit höherer Festigkeit hin zu Schweißpunkten der dritten Menge mit geringerer Festigkeit (5);

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anordnen von Schweißpunkten in einer Schweißverbindung zweier Bauteile, insbesondere ein Verfahren, bei welchem die Festigkeit einer Schweißverbindung für eine gleichbleibende Anzahl an Schweißpunkten maximiert werden kann oder die Anzahl der Schweißpunkte einer Schweißverbindung minimiert werden kann bei gleichbleibender Festigkeit der Schweißverbindung.
Unter Schweißen versteht man das unlösbare Verbinden von Bauteilen unter Anwendung von Wärme oder Druck, mit oder ohne die Anwendung von Schweißzusatzwerkstoffen.
Schweißverfahren finden beispielsweise in der Automobilindustrie Anwendung. Insbesondere bei der Entwicklung neuer Kraftfahrzeuge werden einzelne Fahrzeugbauteile und Komponenten entwickelt, welche zunächst getestet und anschließend zusammengeschweißt werden. Beispielsweise besteht eine gewöhnliche Fahrzeugkarosserie aus zwei oder mehr Strukturteilen, welche über eine Schweißverbindung verbunden werden.
Viele Komponenten des Kraftfahrzeuges müssen dabei im Hinblick auf die größtmögliche Steifigkeit ausgelegt werden. Die Steifigkeit wird von Materialeigenschaften und den geometrischen Parametern der Struktur bestimmt. Berechnete Spannungen erlauben es dabei das Bauteil geometrisch so zu verändern, dass Spannungskonzentrationen vermieden werden.
Gewöhnliche Berechnungswerkzeuge zur Bewertung der Funktionalität und der Lebensdauer von Kraftfahrzeugkomponenten sind zum Teil noch mit erheblichen Unsicherheiten behaftet. Gründe hierfür sind zum Beispiel, dass die Aussagegüte der Simulation stark von Annahmen zur lokalen Bauteilfestigkeit abhängt, welche dabei erheblich durch die Fertigung beeinflusst wird. Bauteilgebundene Bewertungsansätze, beispielsweise eine Auslegung mit einem speziellen Elementetyp zur Berechnung der Spannung an Schweißpunkten in der Karosserie, bieten hier eine höhere Zuverlässigkeit bei der Auslegung.
Aus der Druckschrift US 2004 019 5224 A1 ist ein Verfahren zur Positionsbestimmung von Schweißpunkten beim Zusammenschweißen zweier Fahrzeugteile bekannt, bei welchem ein finite Elemente Modell der Bauteile erstellt und die Schweißpunkte mit einem maximalen Abstand voneinander angeordnet werden. Dabei werden Schweißpunkte, welche zu nahe beieinander liegen, eliminiert und die Lage der verbleibenden Schweißpunkte so variiert, dass die Festigkeit der Schweißverbindung optimiert wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Optimieren der Anordnung von Schweißpunkten in einer Schweißverbindung anzugeben, welches zuverlässige Ergebnisse liefert und mit welchem die Festigkeit der Schweißverbindung weiter optimiert werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Verfahren zum Optimieren der Anordnung von Schweißpunkten in einer Schweißverbindung zweier Bauteile angegeben, welches folgende Schritte aufweist: Zunächst wird ein finite Elemente Modell für die Festigkeitsauslegung der Schweißverbindung unter Berücksichtigung einer ersten Menge einer vorgegebenen Anzahl an Schweißpunkten erstellt. Die vorgegebene Anzahl an Schweißpunkten in dem Modell wird dann um einen ersten Faktor auf eine zweite Menge an Schweißpunkten erhöht und eine dritte Menge an Schweißpunkten aus der zweiten Menge derart bestimmt, dass der Betrag der dritten Menge kleiner oder gleich einem vorgegebenen Bruchteil des Betrags der ersten Menge ist und die Festigkeit der Schweißverbindung für die Elemente der dritten Menge maximal ist. Für die Schweißpunkte der dritten Menge werden dann durch Verschieben von Schweißpunkten der dritten Menge mit höherer Festigkeit hin zu Schweißpunkten der dritten Menge mit geringerer Festigkeit Schweißpositionen ermittelt.
Grundgedanken ist es, das finite Elemente Modell zunächst zu verfeinern, das heißt zu diskretisieren, um genauere Angaben über den Verlauf der Zielgröße, das heißt der Festigkeit entlang der Schweißverbindung zu erhalten, welche abschließend durch Verschiebung der zu den erhaltenen Ergebnissen gehörigen Knotenpunkte des Modells weiter optimiert werden kann.
Ein derartiges Verfahren hat den Vorteil, dass mit diesem zuverlässig diskrete Ergebnisse gewonnen und die Festigkeit der Schweißverbindung weiter optimiert werden kann. So steht durch die Diskretisierung des finite Elemente Modells eine erhöhte Anzahl an Schweißpunkten zur Verfügung, um diejenigen Schweißpunkte auszuwählen, für welche sich bei einer vorgegebenen Anzahl an Schweißpunkten eine maximale Festigkeit der Schweißverbindung ergibt. Dies wiederum resultiert in einer verbesserten Ermüdungsfestigkeit der Schweißverbindung, wodurch beispielsweise die Gefahr von Anrissen in der Verbindung vermindert werden kann und somit in einer damit verbundenen erhöhten Lebensdauer der Schweißverbindung.
Weiter können die beiden Bauteile anschließend an den ermittelten Schweißpositionen zusammengeschweißt werden, wodurch die Festigkeit und somit die Lebensdauer einer Schweißverbindung zwischen den beiden Bauteilen erhöht werden kann.
Der erste Faktor kann dabei gleich zwei gewählt werden. Somit kann zwischen je zwei vorgegebnen Schweißpunkten ein zusätzlicher Schweißpunkt eingeführt werden, wodurch die Feinheit der Diskretisierung durch eine einfache und intelligente Vernetzungslösung erhöht werden kann, wodurch die Genauigkeit der aus dem finiten Elemente Modell gewonnenen Resultate über die Festigkeit der Schweißverbindung deutlich erhöht werden kann, ohne hierbei den Rechenaufwand erheblich zu steigern.
Weiter wird die dritte Menge durch ein Soft Kill Option Verfahren bestimmt. Das Soft Kill Option Verfahren basiert auf einer Simulation der Wachstumsregel von biologischen Kraftträgern. Dabei wird die Wachstumsregel jedoch nicht nur auf die Oberfläche eines Bauteils angewendet sondern auch auf dessen inneren Bereich, was darin resultiert, dass Löcher innerhalb des Bauteils entstehen können. Da sich durch das Einbringen von Löchern mathematisch gesehen die Topologie des Bauteils ändert, spricht man bei dieser Art der Optimierung von Topologieoptimierung. Dabei ist es ein Vorteil der Topologieoptimierung, dass die Löcher nicht über die Form des Netzes des finite Elemente Modells abgebildet, sondern innerhalb des Netzes über die Festigkeit der einzelnen Elemente simuliert werden. Dabei ist das Elastizitätsmodul ein Maß für die Festigkeit und kann in jedem Element des finite Elemente Modellnetzes individuell variiert werden. Ist das Elastizitätsmodul sehr klein, ist das zugehörige Element sehr weich und verhält sich physikalisch gesehen wie ein Loch. Hat es dagegen den Wert des verwendeten Materials, ist es massiv und zeigt das gewünschte Materialverhalten. Da das Soft Kill Option Verfahren die biologische Wachstumsregel simuliert, liefert dieses Verfahren eine Struktur mit homogener Oberflächenspannung, so dass die Lebensdauer der Elemente der dritten Menge an Schweißpunkten nahezu konstant ist.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Betrag der dritten Menge durch Multiplizieren des Betrages der zweiten Menge mit einem zweiten Faktor, welcher gleich dem Kehrwert des ersten Faktors ist, bestimmt. Somit wird der Betrag der dritten Menge derart gewählt, dass die Anzahl an Schweißpunkten, das heißt an Elementen der dritten Menge der Anzahl an vorgegebenen Schweißpunkten entspricht, was darin resultiert, dass die Festigkeit der Schweißverbindungen maximiert werden kann bei gleichzeitig gleichbleibender Anzahl an Schweißpunkten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Betrag der dritten Menge durch Multiplizieren des Betrages der zweiten Menge mit einem zweiten Faktor, welcher kleiner als der Kehrwert des ersten Faktors ist, bestimmt. Somit wird der Betrag der dritten Menge kleiner als die Anzahl an vorgegebenen Schweißpunkten gewählt, was unter anderem dann von Vorteil ist, wenn die Anzahl an Schweißpunkten einer Schweißverbindung minimiert werden soll bei gleichzeitig gleichbleibender Festigkeit der Schweißverbindungen.
In diesem Fall weist der Schritt des Bestimmens der dritten Menge weiter folgende Verfahrensschritte auf: Eine Mehrzahl an dritten Mengen wird für verschiedene Werte für den zweiten Faktor bestimmt, die aus der Mehrzahl für verschiedene Werte des zweiten Faktors bestimmten dritten Mengen resultierenden Werte für die Festigkeit der Schweißverbindung miteinander verglichen und aus der Mehrzahl für verschiedene Werte des zweiten Faktors bestimmten dritten Mengen diejenige Menge ausgewählt, für welche die Festigkeit der Schweißverbindung maximal ist. Durch die Diskretisierung des finite Elemente Modellnetzes wird hierbei eine äußerst große Genauigkeit bei der Modellierung der Schweißverbindung erreicht. Gleichzeitig ist der Rechenaufwand für die Durchführung eines derartigen Näherungsverfahrens relativ gering, was bedeutet, dass das Ziel, die Anzahl der Schweißpunkte zu minimieren bei gleichbleibender Festigkeit der Schweißverbindung, optimal erreichbar ist. Ferner kann, falls der Schritt des Vergleichens der Festigkeiten der Schweißverbindungen für die bestimmten dritten Mengen für verschiedene Werte des zweiten Faktors ergibt, dass zwei oder mehrere der Mengen die gleiche maximale Festigkeit für die Schweißverbindung aufweisen, diejenige dritte Menge ausgewählt werden, für welche der Wert des zweiten Faktors den kleinsten Wert aufweist.
Der Schritt des Ermittelns von Schweißpositionen kann dabei weiter folgende iterative Verfahrensschritte aufweisen: Zunächst wird ein erster Schweißpunkt aus der dritten Menge, welcher die geringste Festigkeit der Schweißpunkte aus der dritten Menge aufweist, sowie eine vierte Menge von Schweißpunkten aus der dritten Menge, deren Elemente bezüglich des Modells Nachbarn des ersten Schweißpunktes darstellen, bestimmt. Weiter wird ein zweiter Schweißpunkt aus der vierten Menge bestimmt, welcher die höchste Festigkeit der Schweißpunkte aus der vierten Menge aufweist. Anschließend wird der zweite Schweißpunkt hin zum ersten Schweißpunkt verschoben und das Verfahren wiederholt, bis keine Verbesserung der Festigkeit der Schweißverbindung mehr erzielbar ist. Durch Verschieben der ausgewählten Schweißpunkte der dritten Menge kann die Festigkeit der Schweißverbindung weiter optimiert und damit deren Ermüdungsfestigkeit sowie die Lebensdauer der Schweißverbindung weiter erhöht werden. So werden die Schweißpositionen für die ermittelten Schweißpunkte derart variiert, dass Schweißpunkte mit einer hohen Festigkeit hin zu Schweißpunkten, welche eine geringere, oftmals unzureichende Festigkeit aufweisen, verschoben werden, wodurch die Festigkeit in diesen Bereichen verstärkt werden kann. Durch das Iterationsverfahren wird dabei, ausgehend von dem durch das Modell vorgegebenen Startwert, das Ergebnis mit jedem Iterationsschritt genauer und konvergiert schließlich zum gesuchten maximalen Wert für die Festigkeit der Schweißverbindung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden dabei die in einem Verfahrensdurchgang bestimmten ersten und zweiten Schweißpunkte in einem unmittelbar nachfolgenden Verfahrensdurchgang nicht mit berücksichtigt. Hierdurch können Oszillationen, verursacht durch ein Hin- und Zurückschieben von Schweißpunkten, vermieden werden. So kann durch eine geringfügige Änderung in dem Modell zugrundeliegenden Netz heftige Oszillationen der numerischen Näherung der Lösung verursacht werden, wodurch diese unakzeptabel wird.
Bei den beiden Bauteilen kann es sich dabei um Karosserieteile eines Kraftfahrzeuges handeln. Insbesondere Karosseriebauteile eines Kraftfahrzeuges müssen im Hinblick auf die größtmögliche Steifigkeit ausgelegt werden. Ein klassisches Beispiel aus dem Karosseriebereich für die Steifigkeitsauslegung stellt dabei die Grundauslegung der Türen und Klappen des Fahrzeuges dar.
Mit der Erfindung wird auch ein Computerprogramm angegeben, das, wenn es auf einer Recheneinheit eines Kraftfahrzeuges ausgeführt wird, die Recheneinheit anleitet, ein oben beschriebenes Verfahren auszuführen.
Auch umfasst die Recheneinheit des Kraftfahrzeuges ein computerlesbares Medium, auf welchem ein derartiges Computerprogramm gespeichert ist.
Bei gewöhnlichen Kraftfahrzeugen ist es bekannt, durch konstruktionsbegleitende finite Elemente Modelle die Möglichkeit zu schaffen, bereits zu einem frühen Entwicklungsstand Aussagen über die spätere Bauteilbelastung treffen zu können. Hierdurch können Entwicklungszeiten verkürzt und Prototypentests eingespart werden, was wiederum in einer Reduktion der Gesamtentwicklungskosten resultiert. Ein derartiges Verfahren kann dabei einfach und ohne großen Aufwand in bereits bestehende Systeme integriert und implementiert werden.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Optimieren der Anordnung von Schweißpunkten in einer Schweißverbindung zweier Bauteile angegeben wird, welches zuverlässig diskrete Ergebnisse liefert und mit welchem die Lebensdauer der Schweißverbindung weiter optimiert werden kann. So kann durch die Diskretisierung des finite Elemente Modellnetzes die vorgegebene Anzahl an Schweißpunkten in dem Modell um einen ersten Faktor auf eine zweite Menge an Schweißpunkten erhöht werden, um genauere Aussagen über die Festigkeit der Schweißverbindung zu erhalten, und durch das anschließende Variieren von Schweißpositionen, derart, dass Schweißpunkte aus einem Bereich mit hoher Festigkeit in einen Bereich, welcher eine geringere, insbesondere unzureichende Festigkeit aufweist, verschoben werden, die Festigkeit und somit die Lebensdauer der Schweißverbindung deutlich erhöht werden.
Durch die Anwendung eines Soft Kill Option Verfahrens, welches die biologische Wachstumsregel simuliert, wird weiter eine Struktur erhalten, welche eine homogene Oberflächenspannung aufweist.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
1 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Optimieren der Anordnung von Schweißpunkten in einer Schweißverbindung zweier Bauteile gemäß Ausführungsformen der Erfindung;
2 zeigt ein Flussdiagramm eines Teils eines Verfahrens zum Optimieren der Anordnung von Schweißpunkten in einer Schweißverbindung zweier Bauteile gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
3 zeigt ein Flussdiagramm eines weiteren Teils eines Verfahrens zum Optimieren der Anordnung von Schweißpunkten in einer Schweißverbindung zweier Bauteile gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
1 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 1 zum Optimieren der Anordnung von Schweißpunkten in einer Schweißverbindung zweier Bauteile gemäß Ausführungsformen der Erfindung.
Wie 1 zeigt, umfasst das Verfahren 1 dabei folgende Schritte: So wird in einem ersten Schritt 2 die Festigkeit der Schweißverbindung über ein finite Elemente Modell über einer ersten Menge einer vorgegebenen Anzahl an Schweißpunkten simuliert. In einem folgenden Schritt 3 wird die vorgegebene Anzahl an Schweißpunkten in dem Modell um einen ersten Faktor auf eine zweite Menge an Schweißpunkten erhöht und in einem weiteren Schritt 4 eine dritte Menge an Schweißpunkten aus der zweiten Menge derart bestimmt, dass der Betrag der dritten Menge kleiner oder gleich einem vorgegebenen Bruchteil des Betrags der ersten Menge ist und die Festigkeit der Schweißverbindung für die Elemente der dritten Menge maximal ist. In einem folgenden Schritt 5 werden Schweißpositionen für die Schweißpunkte der dritten Menge ermittelt durch Verschieben von Schweißpunkten der dritten Menge mit höherer Festigkeit hin zu Schweißpunkten der dritten Menge mit geringerer Festigkeit.
Wie 1 weiter zeigt, erfolgt in einem abschließenden Schritt 6 dann ein Verschweißen der beiden Bauteile an den ermittelten Schweißpositionen.
Somit wird ein Konstruktionsmodell der beiden Bauteile und der Schweißverbindung gemäß der finite Elemente Methode vernetzt. Die Vernetzung der Konstruktionsmodelle umfasst finite Element in Form von Flächenelementen und/oder Volumenelementen, wobei beispielsweise sechseckige Elemente herangezogen werden können. Hierauf wird eine finite Elemente Simulation durchgeführt. In dieser finite Elemente Simulation werden die Vernetzungen und somit die finiten Elemente der Konstruktionselemente sowie die vorgegebene Belastung über die vorgegebene Anzahl an Schweißpunkten verwendet. Durch Auswertung der finite Elemente Simulation wird für jedes Volumenelement jeweils mindestens eine im jeweiligen Volumenelemente auftretende Spannung berechnet. Diese berechnete Spannung ist diejenige, die aus der vorgegebenen Belastung resultiert. Durch die Erhöhung der vorgegebenen Anzahl an Schweißpunkten in dem Modell um einen ersten Faktor auf eine zweite Menge an Schweißpunkten gemäß dem Verfahren kann das finite Elemente Modellnetz dabei diskretisiert, das heißt verfeinert werden, um genauere Aussagen über die Festigkeit der Schweißverbindung zu erhalten. Durch das anschließende Verschieben, das heißt Variieren der Schweißposition der Elemente der dritten Menge kann die Festigkeit der Schweißverbindung weiter optimiert werden, das heißt insbesondere die Anzahl der Schweißpunkte bei gleichbleibender Festigkeit der Schweißverbindung minimiert oder die Festigkeit der Schweißverbindung bei gleichbleibender Anzahl der Schweißpunkte erhöht werden.
Gemäß den Ausführungsformen der 1 ist der erste Faktor dabei gleich zwei gewählt. Dies ermöglicht es, zwischen je zwei vorgegebenen Schweißpunkten des Modellnetzes einen zusätzlichen Schweißpunkt anzuordnen, wodurch das Modell derart diskretisiert werden kann, dass genauere Aussagen über die Zielgröße, d. h. die Festigkeit der Schweißverbindung gewonnen werden können, ohne dass hierbei ein deutlich gesteigerter Rechenaufwand vonnöten ist.
Der Schritt 4 des Bestimmens der dritten Menge an Schweißpunkten erfolgt gemäß den dargestellten Ausführungsformen durch ein Soft Kill Option Verfahren. Das Soft Kill Option Verfahren basiert auf der Simulation der Wachstumsregel von biologischen Kraftträgern und ist demnach eine Methode aus dem Bereich der Bionik. Dabei wird die Wachstumsregel jedoch nicht nur auf die Oberfläche eines Bauteils angewendet sondern auch auf den inneren Bereich, was bedeutet, dass Löcher innerhalb des Bauteils entstehen können. Da sich durch das Einbringen von Löchern mathematisch gesehen die Topologie des Bauteils ändert, spricht man bei dieser Art der Optimierung von Topologieoptimierung. Dabei ist es ein besonderes Merkmal der Topologieoptimierung, dass die Löcher nicht über die Form des Netzes des finite Elemente Modells abgebildet, sondern innerhalb des Netzes über die Festigkeit der einzelnen Elemente simuliert werden. Das Elastizitätsmodul ist dabei ein Maß für die Festigkeit und kann in jedem Element des finite Elemente Modellnetzes individuell variiert werden. Ist das Elastizitätsmodul sehr klein, ist das Element sehr weich und verhält sich dadurch physikalisch wie ein Loch. Hat es hingegen den Wert des verwendeten Materials, ist es massiv und zeigt das gewünschte Materialverhalten. Die Wachstumsregel bestimmt dabei, welchen Wert die einzelnen Elemente erhalten oder, in anderen Worten, wo Löcher entstehen sollen und wo nicht. Das Maß ist dabei die Differenz zwischen der Spannung des einzelnen Elements und der Referenzspannung. Sie dient als Maß dafür, wie stark und in welcher Richtung das Elastizitätsmodul in einem Wachstumszyklus modifiziert werden muss.
Das Verfahren wird abgebrochen, wenn sich eine stabile Struktur herausgebildet hat. Da bei Soft Kill Option Verfahren die biologische Wachstumsregel simuliert wird, liefert dieses Verfahren eine Struktur mit homogener Oberflächenspannung. Das Verfahren basiert auf folgender Gleichung:
wobei k die Iterationszahl, E_i das Elastizitätsmodel im Element i, E_max einen maximal Wert für das Elastizitätsmodul sowie E_min einen Minimalwert für das Elastizitätsmodul bezeichnet.
Dabei ist
wobei σ_i die Spannung im Element i, σ_ref die Referenzspannung und s^(k) die Schrittweite im k-ten Iterationsschritt bezeichnet.
Die dargestellte Formel von Soft Kill Option Verfahren kann dabei einfach und ohne großen Aufwand modifiziert werden, um auf das vorliegende Problem, des Beschreibens sowie des Optimierens der Festigkeit einer Schweißverbindung angewendet zu werden:
und N ^_i = log(N_i) wobei N_i die aktuelle Lebensdauer des Elements i bezeichnet.
Der Schritt 4 des Bestimmens der dritten Menge kann dabei weiter derart erfolgen, dass der Betrag der dritten Menge durch Multiplizieren des Betrages der zweiten Menge mit einem zweiten Faktor, welcher gleich dem Kehrwert des ersten Faktors ist, gebildet wird. Somit kann durch das Verfahren das Optimierungsproblem gelöst werden, bei gleichbleibender Anzahl an Schweißpunkten die Festigkeit der Schweißverbindung zu maximieren und somit die Lebensdauer der Schweißverbindung zu erhöhen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Schritt 4 des Bestimmens der dritten Menge weiter derart erfolgen, dass der Betrag der dritten Menge durch Multiplizieren des Betrages der zweiten Menge mit einem zweiten Faktor, welcher kleiner als der Kehrwert des ersten Faktors ist, gebildet wird. Somit kann durch das Verfahren das Optimierungsproblem gelöst werden, die Anzahl der Schweißpunkte bei gleichbleibender Festigkeit der Schweißverbindung zu minimieren. Dies kann dadurch erfolgen, dass der Schritt 4 des Bestimmens der dritten Menge und somit das Soft Kill Option Verfahren auf verschiedene Werte für den zweiten Faktor angewendet wird und aus den gewonnenen Ergebnissen diejenige dritte Menge aus der Mehrzahl an für verschiedene Werte des zweiten Faktors bestimmten dritten Mengen ausgewählt wird, welche bei maximalen Festigkeitswerten dem kleinsten Wert für den zweiten Faktor entspricht.
2 zeigt ein Flussdiagramm dieser Prozedur als Teil des Verfahrens 1 zum Optimieren der Anordnung von Schweißpunkten in einer Schweißverbindung zweier Bauteile gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Wie 2 zeigt, weist der Schritt 4 des Bestimmens der dritten Menge dabei weitere folgende Verfahrensschritte auf: Zunächst erfolgt in einem ersten Schritt 11 das Bestimmen einer Mehrzahl an dritten Mengen für verschiedene Werte für den zweiten Faktor. In einem folgenden Schritt 12 werden die Ergebnisse für die Zielvariable, das heißt die Festigkeiten der Schweißverbindung für die Mehrzahl an für verschiedene Werte des zweiten Faktors bestimmten dritten Mengen verglichen und in einem abschließenden Schritt 13 die dritte Menge aus der Mehrzahl an bestimmten dritten Mengen ausgewählt, für welche die Festigkeit der Schweißverbindung maximal ist. Falls hierbei mehrere aus der Mehrzahl an für verschiedene Werte des zweiten Faktors bestimmten dritten Mengen die maximale Festigkeit der Schweißverbindung aufweisen, wird diejenige Menge als dritte Menge ausgewählt, für welche der Wert des zweiten Faktors am geringsten ist.
Der Schritt 5 des Ermittelns von Schweißpositionen für die Schweißpunkte der dritten Menge gemäß 1 kann dabei weiter derart erfolgen, dass Schweißpunkte mit höherer Festigkeit hin zu Schweißpunkten mit geringerer Festigkeit verschoben werden.
3 zeigt ein Flussdiagramm eines zugehörigen Iterationsverfahrens als weiterer Teil eines Verfahrens 1 zum Optimieren der Anordnung von Schweißpunkten in einer Schweißverbindung zweier Bauteile gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Wie 3 zeigt, weist der Schritt 5 des Ermittelns von Schweißpositionen dabei weiter folgende iterative Verfahrensschritte auf: Zunächst wird in einem ersten Schritt 21 ein erster Schweißpunkt aus der dritten Menge bestimmt, welcher die geringste Festigkeit aller Schweißpunkte aus der dritten Menge aufweist. In einem weiteren Schritt 22 wird eine vierte Menge von Schweißpunkten aus der dritten Menge bestimmt, deren Elemente bezüglich des finite Elemente Modells Nachbarn des ersten Schweißpunktes sind. Hieraus wird ein zweiter Schweißpunkt bestimmt, welcher die höchste Festigkeit der Schweißpunkte aus der vierten Menge aufweist 23. In einem folgenden Schritt 24 wird dann der zweite Schweißpunkt hin zum ersten Schweißpunkt verschoben. Dieses Verfahren wird dann iterativ solange wiederholt, bis keine Verbesserung der Festigkeit der Schweißverbindung mehr erzielt werden kann.
Bei der Ausführungsform gemäß 3 werden die in einem Verfahrensdurchgang bestimmten ersten und zweiten Schweißpunkte in einem unmittelbar nachfolgenden Verfahrensdurchgang nicht mit berücksichtigt. Hierdurch kann die Gefahr von Oszillation, was zu unstabilen und somit unbrauchbaren Lösungen führen kann, erheblich verringert werden.
Bei den beiden Bauteilen gemäß dem dargestellten Verfahren zum Optimieren der Anordnung von Schweißpunkten in einer Schweißverbindung zweier Bauteile handelt es sich dabei um Karosserieteile eines Kraftfahrzeuges. Derartige Schweißverbindungen sind, im Hinblick auf Karosserieteile als Strukturteile des Kraftfahrzeuges, erheblichen Anforderungen an die Festigkeit ausgestellt. Ferner kann es sich bei den Bauteilen aber auch um jegliche weitere zu verschweißende Bauteile handeln.
Obwohl zumindest eine beispielhafte Ausführungsform in der vorhergehenden Beschreibung gezeigt wurde, können verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden. Die genannten Ausführungsformen sind lediglich Beispiele und nicht dazu vorgesehen, den Gültigkeitsbereich, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration in irgendeiner Weise zu beschränken. Vielmehr stellt die vorhergehende Beschreibung dem Fachmann einen Plan zur Umsetzung zumindest einer beispielhaften Ausführungsform zur Verfügung, wobei zahlreiche Änderungen in der Funktion und der Anordnung von in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elementen gemacht werden können, ohne den Schutzbereich der angefügten Ansprüche und ihrer rechtlichen Äquivalente zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Verfahren
2, 3, 4, 5, 6: Verfahrensschritte
11, 12, 13: Verfahrensschritte
21, 22, 23, 24: Verfahrensschritte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 20040195224 A1 [0006]

Claims

Verfahren zum Anordnen von Schweißpunkten in einer Schweißverbindung zweier Bauteile, wobei das Verfahren (1) folgende Schritte aufweist: – Beschreiben der Festigkeit der Schweißverbindung über ein finite Elemente Modell mit einer ersten Menge einer vorgegebenen Anzahl an Schweißpunkten (2); – Erhöhen der vorgegebenen Anzahl an Schweißpunkten in dem Modell um einen ersten Faktor auf eine zweite Menge an Schweißpunkten (3); – Bestimmen einer dritten Menge an Schweißpunkten aus der zweiten Menge deren Betrag kleiner gleich einem vorgegebenen Bruchteil des Betrags der ersten Menge ist, wobei die dritte Menge an Schweißpunkten derart bestimmt wird, dass die Festigkeit der Schweißverbindung für die Elemente der dritten Menge maximal ist (4); – Ermitteln von Schweißpositionen für die Schweißpunkte der dritten Menge durch Verschieben von Schweißpunkten der dritten Menge mit höherer Festigkeit hin zu Schweißpunkten der dritten Menge mit geringerer Festigkeit (5);
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren weiter folgenden Schritt aufweist: – Verschweißen der beiden Bauteile an den ermittelten Schweißpositionen (6).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Faktor gleich 2 ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die dritte Menge durch ein Soft Kill Option Verfahren bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Betrag der dritten Menge durch Multiplizieren des Betrages der zweiten Menge mit einem zweiten Faktor, welcher gleich dem Kehrwert des ersten Faktors ist, gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Betrag der dritten Menge durch Multiplizieren des Betrages der zweiten Menge mit einem zweiten Faktor, welcher kleiner als der Kehrwert des ersten Faktors ist, gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt (4) des Bestimmens der dritten Menge weiter folgende Verfahrensschritte aufweist: – Bestimmen einer Mehrzahl an dritten Menge für verschiedene Werte für den zweiten Faktor (11); – Vergleichen der Festigkeiten der Schweißverbindung für die Mehrzahl an für verschiedene Werte des zweiten Faktors bestimmten dritten Mengen (12); – Auswählen der dritten Menge aus der Mehrzahl an bestimmten dritten Mengen für welche die Festigkeit der Schweißverbindung maximal ist (13).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Schritt (5) des Ermittelns von Schweißpositionen weiter folgende iterative Verfahrensschritte aufweist: – Bestimmen eines ersten Schweißpunktes aus der dritten Menge, welcher die geringste Festigkeit der Schweißpunkte aus der dritten Menge aufweist (21); – Bestimmen einer vierten Menge von Schweißpunkten aus der dritten Menge, deren Elemente bezüglich des Modells Nachbarn des ersten Schweißpunktes sind (22); – Bestimmen eines zweiten Schweißpunktes aus der vierten Menge, welcher die höchste Festigkeit der Schweißpunkte aus der vierten Menge aufweist (23); – Verschieben des zweiten Schweißpunktes hin zum ersten Schweißpunkt (24); – Wiederholen des Verfahrens, bis keine Verbesserung der Festigkeit der Schweißverbindung mehr erzielt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die in einem Verfahrensdurchgang bestimmten ersten und zweiten Schweißpunkte in einem unmittelbar nachfolgenden Verfahrensdurchgang nicht mit berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die beiden Bauteile Karosserieteile eines Kraftfahrzeuges sind.
Computerprogramm, das, wenn es auf einer Recheneinheit eines Kraftfahrzeuges ausgeführt wird, die Recheneinheit anleitet, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen.
Computerlesbares Medium, auf dem ein Computerprogramm gemäß Anspruch 11 gespeichert ist.