-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung, die es ermöglichen, die geometrische Robustheit einer mehrteiligen Baugruppe in Bezug auf Verformung infolge von äußerer Krafteinwirkung zu prädizieren. Dabei kann insbesondere die Robustheit der mehrteiligen Baugruppe gegenüber äußeren Krafteinwirkungen während der Produktion und/oder in Benutzung prädiziert werden.
-
Ein Fahrzeug weist typischerweise unterschiedliche mehrteilige Baugruppen auf, bei denen jeweils mindestens zwei Bauteile über ein oder mehrere linienförmige Schweißnähte miteinander verbunden sind. Beispielsweise kann für eine Fahrzeugtür ein relativ stabiles Strukturbauteil anhand von ein oder mehreren Schweißnähten mit einem relativ leicht verformbaren Außenhautbauteil verbunden werden, wobei das Außenhautbauteil die äußere Form der Fahrzeugtür bildet.
-
Die Fahrzeugtür kann im weiteren Herstellungsprozess (z.B. Lackiererei, Montage) externen Kräften ausgesetzt werden. Ferner können bei der Nutzung der Fahrzeugtür (z.B. durch einen Fußtritt oder durch einen Fußball) äußere Kräfte auf die Fahrzeugtür einwirken. Derartige äußere Kräfte können zu einem Durchschlagen bzw. zu einer Bifurkation und einer damit verbundenen sichtbaren Verformung der Fahrzeugtür führen.
-
Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, bereits frühzeitig im Verlauf eines Entwicklungsprozesses und/oder in effizienter und präziser Weise die Robustheit einer zusammengeschweißten, mehrteiligen, Baugruppe in Bezug auf Durchschlagen zu ermitteln, insbesondere um eine Baugruppe zu konstruieren, die eine relativ hohe Robustheit in Bezug auf Durchschlagen aufweist.
-
Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
-
Gemäß einem Aspekt wird eine Vorrichtung (z.B. ein Computer und/oder ein Server) zur Ermittlung der Robustheit, insbesondere der geometrischen Robustheit, einer Baugruppe beschrieben, wobei die Baugruppe in einem hergestellten Zustand ein erstes Bauteil und ein zweites Bauteil aufweist, welche über eine Schweißnaht miteinander verbunden sind. Dabei kann die geometrische Robustheit der Baugruppe in Bezug auf eine Verformung ermittelt werden, die aufgrund von äußeren Krafteinwirkungen während der Produktion der Baugruppe und/oder während der Nutzung der Baugruppe bewirkt wird.
-
Die in diesem Dokument beschriebenen Aspekte können allgemein auf Schweißprozesse (insbesondere Laser-Schweißprozesse und/oder taktile und/oder Remote Schweißprozesse) angewendet werden, bei denen eine linienförmige und/oder langgezogene Schweißnaht zwischen zwei Bauteilen hergestellt wird. Die in diesem Dokument beschriebene Vorrichtung kann Teil eines CAD (Computer Aided Design) Systems sein (in dem z.B. eine Finite Elemente (FE) Simulation durchgeführt wird).
-
Das erste Bauteil kann eine relativ hohe Steifigkeit aufweisen, und das zweite Bauteil kann eine relativ niedrige Steifigkeit aufweisen. Mit anderen Worten, das zweite Bauteil kann im Vergleich zu dem ersten Bauteil relativ leicht verformbar sein. Das zweite Bauteil kann z.B. aus einem relativ dünnen Blech (z.B. mit einer Dicke bzw. Stärke von 0,5mm bis 1,5mm oder bis 2,5mm) bestehen. In einem Beispiel ist die Baugruppe eine Tür oder Klappe (insbesondere eine Tür oder Klappe eines Fahrzeugs). Das erste Bauteil kann eine tragende Struktur der Tür oder Klappe bilden und das zweite Bauteil kann eine Außenhaut der Tür oder Klappe bilden.
-
Die Baugruppe kann in einem Ausgangs- bzw. Grundzustand, vor Herstellung der Schweißnaht, durch ein FE Modell der Baugruppe (im Ausgangs- bzw. Grundzustand) beschrieben werden. Dabei kann das FE-Modell (im Ausgangs- bzw. Grundzustand) eine (dedizierte) Menge von FEs für die herzustellende Schweißnaht und eine (davon separate) Menge von FEs für das erste und zweite Bauteil umfassen.
-
Die Schweißnaht kann sich linienförmig zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil erstrecken (z.B. entlang einer Kante des ersten Bauteils und entlang einer Kante des zweiten Bauteils). Dabei kann die Schweißnaht eine Länge aufweisen, die signifikant (insbesondere um den Faktor 5 oder mehr, 10 oder mehr oder 50 oder mehr) größer als die Dicke und/oder die Breite der Schweißnaht ist. Das FE-Modell kann gleich zu Beginn einer FE-Simulation die volle und/oder die gesamte Schweißnaht beschreiben (durch die dedizierte Menge von FEs für die Schweißnaht). Die Menge von FEs für die (gesamte) Schweißnaht kann eine der Schweißnaht entsprechende linienförmige Aneinanderreihung von FEs umfassen. Es kann somit ein FE-Modell für die Baugruppe bereitgestellt werden, das (bereits zu Beginn der Simulation) eine (dedizierte) Menge von FEs für die gesamte Schweißnaht zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil aufweist. Die beiden Bauteile können (bereits zu Beginn der Simulation) durch eine darüberhinausgehende Menge von FEs beschrieben werden.
-
Die einzelnen FEs des FE-Modells weisen typischerweise jeweils eine bestimmte räumliche Ausdehnung auf (z.B. als ein dreidimensionaler Quader oder Balken). Des Weiteren umfasst ein FE typischerweise ein mechanisches (mathematisches) Modell, das beschreibt, wie sich eine auf eine Kante des FEs bewirkte Kraft auf die räumliche Ausdehnung des FEs auswirkt. Benachbarte FEs sind typischerweise mechanisch miteinander gekoppelt, sodass eine Veränderung der räumlichen Ausdehnung eines FEs eine Kraft auf ein direkt angrenzendes FE bewirkt, wodurch wiederum eine Änderung der räumlichen Ausdehnung des direkt angrenzenden FEs bewirkt werden kann.
-
Es kann somit ein FE-Modell in einem Grund- bzw. Ausgangszustand bereitgestellt werden, bei dem das erste Bauteil und das zweite Bauteil die Form aufweisen, die das erste Bauteil und das zweite Bauteil vor dem Schweißprozess, d.h. vor der Herstellung der Schweißnaht, aufweisen. Dabei umfasst das FE-Modell im Ausgangszustand bereits die gesamte Schweißnaht zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil (als zusätzliche Menge von FEs, zusätzlich zu der Menge von FEs für die Bauteile). Das FE-Modell (d.h. die Menge von FEs) für die (gesamte) Schweißnaht kann dann FEs aufweisen, die die FEs des (unverformten) ersten Bauteils mit den FEs des (unverformten) zweiten Bauteils verbinden. Dabei werden in dem Ausgangszustand bevorzugt keine Kräfte von einem FE für die Schweißnaht auf ein FE des ersten und/oder des zweiten Bauteils bewirkt. Dies gilt bevorzugt für alle FEs der Schweißnaht.
-
Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, eine räumliche Ziel-Kontraktion der Menge von FEs für die Schweißnaht zu ermitteln, durch die im Rahmen der FE-Simulation ein Übergang von dem Ausgangszustand der Baugruppe (und des entsprechenden FE-Modells) in den hergestellten Zustand der Baugruppe (und des FE-Modells) modelliert wird. Zu diesem Zweck kann im Rahmen der Simulation veranlasst werden, dass die räumliche Ausdehnung der FEs für die Schweißnaht (insbesondere entlang der Länge der Schweißnaht) reduziert wird. Dabei kann eine räumliche Kontraktion um einen Kontraktionsfaktor mit einem Zielwert bewirkt werden (um zu bewirken, dass die Schweißnaht ausgehend von dem Ausgangszustand eine um den Kontraktionsfaktor reduzierte Länge aufweist). Der Kontraktionsfaktor kann (ggf. ausschließlich) auf die einzelnen FEs der Menge von FEs für die Schweißnaht angewendet werden. Dabei kann die räumliche Kontraktion gleichmäßig auf die Menge von FEs für die Schweißnaht verteilt werden. Insbesondere kann auf jedes FE der Menge von FEs für die Schweißnaht jeweils der Kontraktionsfaktor mit dem Zielwert angewendet werden.
-
Die Ziel-Kontraktion (und der entsprechende Zielwert des Kontraktionsfaktors) kann derart ermittelt werden, dass das FE-Modell der Baugruppe von dem Ausgangszustand in den hergestellten Zustand überführt wird, in dem das FE-Modell der Baugruppe den hergestellten Zustand der Baugruppe (möglichst präzise) modelliert. Es kann somit die Ziel-Kontraktion ermittelt werden, durch der tatsächlich hergestellte Zustand der Baugruppe modelliert wird.
-
Es sei darauf hingewiesen, dass durch die beschriebene Vorrichtung im Rahmen der FE-Simulation typischerweise kein progressiver Aufbau der Schweißnaht durchgeführt, um analog zu der Realität die Herstellung der Schweißnaht nachzubilden. Die Vorrichtung verwendet für die FE-Simulation ab Beginn der FE-Simulation ein FE-Modell der Baugruppe, das bereits eine (zusätzliche) Menge von FEs für die gesamte Schweißnaht umfasst. Mit anderen Worten, die (zusätzliche) Menge von FEs für die Schweißnaht kann bereits zu Beginn einer FE Simulation zur Ermittlung der Auswirkung der räumlichen Kontraktion auf die Menge von FEs für das erste und/oder das zweite Bauteil die gesamte Schweißnaht zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil beschreiben (so wie sie tatsächlich hergestellt werden soll). Dabei kann die Kontraktion der Menge von FEs für die Schweißnaht die einzige äußere Einwirkung auf das FE-Modell sein, die im Rahmen der FE-Simulation bewirkt wird. So kann die Komplexität der Simulation reduziert werden.
-
Des Weiteren werden von der beschriebenen Vorrichtung typischerweise keine Daten in Bezug auf eine Schweiß-Anlage und/oder -Werkzeug und/oder in Bezug auf die Kinematik der Schweiß-Anlage und/oder des Schweiß-Werkzeugs verwendet, die den realen Zusammenbauprozess der Baugruppe beeinflussen. Stattdessen werden die Auswirkungen des Schweißprozesses in effizienter Weise (ggf. allein) durch eine Kontraktion des FE-Modells der gesamten Schweißnaht zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil simuliert.
-
Die Vorrichtung kann ferner eingerichtet sein, im Rahmen der FE-Simulation eine räumliche Test-Kontraktion der Menge von FEs für die Schweißnaht zu veranlassen, die über die Ziel-Kontraktion hinausgeht. Zu diesem Zweck kann im Rahmen der Simulation veranlasst werden (wie bereits oben dargelegt), dass die räumliche Ausdehnung der FEs für die Schweißnaht (insbesondere entlang der Länge der Schweißnaht) reduziert wird. Dabei kann eine räumliche (Test-) Kontraktion um einen Kontraktionsfaktor mit einem Testwert bewirkt werden (um zu bewirken, dass die Schweißnaht ausgehend von dem Ausgangszustand eine um den Kontraktionsfaktor reduzierte Länge aufweist). Der Kontraktionsfaktor kann (ggf. ausschließlich) auf die einzelnen FEs der Menge von FEs für die Schweißnaht angewendet werden. Dabei kann die räumliche Test-Kontraktion gleichmäßig auf die Menge von FEs für die Schweißnaht verteilt werden.
-
Die Test-Kontraktion kann z.B. um 5% oder mehr, oder 10% oder mehr, oder 15% oder mehr, oder 20% oder mehr über die Ziel-Kontraktion hinausgehen. In entsprechender Weise können der Kontraktionsfaktor für die Test-Kontraktion bzw. der Testwert um 5% oder mehr, oder 10% oder mehr, oder 15% oder mehr, oder 20% oder mehr höher als der Kontraktionsfaktor für die Ziel-Kontraktion bzw. der Zielwert sein.
-
Es kann somit im Rahmen der FE-Simulation ein Kontraktionsfaktor mit einem Testwert auf die FEs der Menge von FEs angewendet werden, wobei der Testwert höher ist als der Zielwert. Mit anderen Worten, es kann im Rahmen der FE-Simulation eine überhöhte Kontraktion der FEs der Menge von FEs bewirkt werden (die über die Ziel-Kontraktion zum Erreichen des hergestellten Zustands der Baugruppe hinausgeht), insbesondere um die (geometrische) Robustheit der Baugruppe (in Bezug auf eine durch eine äußere Krafteinwirkung bewirkte Verformung) zu überprüfen.
-
Des Weiteren kann die Vorrichtung eingerichtet sein, eine Auswirkung der räumlichen Test-Kontraktion auf die Menge von FEs für das erste und/oder das zweite Bauteil zu ermitteln. Dabei kann die Kontraktion ggf. nach-und-nach (z.B. an einer Sequenz von Zeitschritten) bewirkt werden, um nach-und-nach (z.B. an der Sequenz von Zeitschritten) die fortschreitenden Auswirkungen zu ermitteln und/oder zu simulieren.
-
Durch die räumliche Kontraktion der FEs für die Schweißnaht werden typischerweise Kräfte auf einzelne FEs des ersten Bauteils und/oder des zweiten Bauteils bewirkt. Diese Kräfte führen wiederum zu einer Veränderung der räumlichen Ausdehnung der einzelnen FEs des ersten Bauteils und/oder des zweiten Bauteils. Diese Veränderungen und/oder Auswirkungen auf die einzelnen FEs können im Rahmen der FE-Simulation ermittelt werden. Dabei kann insbesondere überprüft werden, ob es aufgrund der Test-Kontraktion der Menge von FEs für die Schweißnaht zu einer (ggf. schlagartigen) Verformung der Menge von FEs für die beiden Bauteile (und damit der Baugruppe) kommt oder nicht.
-
Des Weiteren kann die Vorrichtung eingerichtet sein, auf Basis der Auswirkung auf die Menge von FEs für das erste und/oder das zweite Bauteil die Robustheit der Baugruppe in Bezug auf eine Verformung, insbesondere in Bezug auf eine schlagartige Verformung, die durch Einwirken einer äußeren Kraft auf die Baugruppe bewirkt wird, zu prädizieren. Wenn z.B. erkannt wird, dass es aufgrund der Test-Kontraktion der Menge von FEs für die Schweißnaht zu einer (ggf. schlagartigen) Verformung der Menge von FEs für die beiden Bauteile (und damit der Baugruppe) kommt, so kann daraus gefolgert werden, dass die Baugruppe eine relativ geringe (geometrische) Robustheit aufweist. Wenn andererseits erkannt wird, dass es aufgrund der Test-Kontraktion der Menge von FEs für die Schweißnaht zu keiner (wesentlichen) Verformung der Menge von FEs für die beiden Bauteile (und damit der Baugruppe) kommt, so kann daraus gefolgert werden, dass die Baugruppe eine relativ hohe Robustheit aufweist.
-
Es wird somit eine Vorrichtung beschrieben, die im Rahmen einer FE-Simulation eine überhöhte Kontraktion der Menge von FEs für die Schweißnaht bewirkt, um in effizienter und präziser Weise die Robustheit einer Baugruppe in Bezug auf (insbesondere schlagartige oder progressive) Verformungen der Baugruppe durch das Einwirken von äußeren Kräften zu ermitteln.
-
Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, im Rahmen der FE-Simulation für eine Vielzahl von unterschiedlichen räumlichen Test-Kontraktionen der Menge von FEs für die Schweißnaht (insbesondere für eine Vielzahl von unterschiedlichen Testwerten des Kontraktionsfaktors) eine entsprechende Vielzahl von Auswirkungen auf die Menge von FEs für das erste und/oder das zweite Bauteil zu ermitteln. Dabei kann jeweils überprüft werden, ob es zu einer (schlagartigen) Verformung kommt oder nicht. Die Robustheit der Baugruppe kann dann in besonders präziser Weise auf Basis der Vielzahl von Auswirkungen auf die Menge von FEs für das erste und/oder das zweite Bauteil prädiziert werden.
-
Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, die jeweils veranlasste Test-Kontraktion schrittweise ausgehend von der Ziel-Kontraktion zu verstärken. Dabei kann insbesondere der Testwert des Kontraktionsfaktors schrittweise erhöht werden. Es kann dabei eine Erhöhung um eine bestimmte Schrittweite bewirkt werden. Beispielsweise kann die Test-Kontraktion schrittweise jeweils um einen Prozentpunkt ausgehend von der Ziel-Kontraktion bzw. ausgehend von dem Zielwert erhöht werden (z.B. 101% der Ziel-Kontraktion bzw. des Zielwertes, 102% der Ziel-Kontraktion bzw. des Zielwertes, 103% der Ziel-Kontraktion bzw. des Zielwertes, usw.).
-
Es kann dann in besonders präziser Weise auf Basis der jeweils bewirkten Auswirkung auf die Menge von FEs für das erste und/oder das zweite Bauteil die Robustheit der Baugruppe prädiziert werden. Dabei kann die Grenz-Kontraktion bzw. der Grenzwert des Kontraktionsfaktors ermittelt werden, ab der bzw. ab dem die Menge von FEs für das erste und/oder das zweite Bauteil eine Verformung, insbesondere eine schlagartige Verformung, der Baugruppe anzeigt.
-
Die Vorrichtung kann somit eingerichtet sein, eine räumliche Grenz-Kontraktion der Menge von FEs für die Schweißnaht (bzw. einen entsprechenden Grenzwert des Kontraktionsfaktors) zu ermitteln, ab der die Menge von FEs für das erste und/oder das zweite Bauteil eine Verformung, insbesondere eine schlagartige Verformung, der Baugruppe anzeigt. Die Robustheit der Baugruppe kann dann in besonders präziser Weise auf Basis der ermittelten Grenz-Kontraktion (bzw. auf Basis des Grenzwertes des Kontraktionsfaktors) ermittelt werden. Zu diesem Zweck kann der Grenzwert des Kontraktionsfaktors mit einem Grenzwert-Schwellenwert verglichen werden, und es kann auf Basis des Vergleichs bestimmt werden, ob die durch das FE-Modell beschriebene Baugruppe eine ausreichend hohe (geometrische) Robustheit aufweist (wenn der Grenzwert größer als der Grenzwert-Schwellenwert ist) oder nicht (wenn der Grenzwert kleiner als der Grenzwert-Schwellenwert ist).
-
Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, ein oder mehrere (Referenz-) Eigenschaften des ersten Bauteils und/oder des zweiten Bauteils zu ermitteln. Beispielhafte (Referenz-) Eigenschaften sind: das Material des ersten Bauteils und/oder des zweiten Bauteils, und/oder die Materialstärke des ersten Bauteils und/oder des zweiten Bauteils.
-
Das Ausmaß der zu veranlassenden (Ziel- oder Test-) Kontraktion, insbesondere der Wert des Kontraktionsfaktors für die Kontraktion der Schweißnaht, kann dann in präziser Weise auf Basis der ein oder mehreren Referenzeigenschaften des ersten Bauteils und/oder des zweiten Bauteils ermittelt werden. Insbesondere kann das Ausmaß der zu veranlassenden Kontraktion anhand von vorbestimmten Kenndaten ermittelt werden, wobei die Kenndaten für eine Vielzahl von Kombinationen von unterschiedlichen ein oder mehrere Referenzeigenschaften eines ersten Referenz-Bauteils und/oder eines zweiten Referenz-Bauteils jeweils ein Ausmaß der zu veranlassenden Kontraktion anzeigen. Die Kenndaten können z.B. anhand von (thermomechanischen) Simulationen und/oder auf Basis von Messungen an tatsächlichen Baugruppen im Vorfeld ermittelt worden sein.
-
Durch die Ermittlung eines Ausmaßes der (Ziel- und/oder Test-) Kontraktion und/oder des Wertes des Kontraktionsfaktors auf Basis von vorbestimmten Kenndaten und/oder auf Basis von (Referenz-) Eigenschaften des ersten und/oder des zweiten Bauteils kann eine mögliche Verformung der Baugruppe in besonders präziser Weise prädiziert werden (um die Robustheit der Baugruppe zu prädizieren).
-
Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, das erste und/oder das zweite Bauteil (insbesondere das FE-Modell des ersten und/oder des zweiten Bauteils) iterativ und/oder wiederholt anzupassen (insbesondere in Bezug auf die Form und/oder das verwendete Material). Es kann dann wiederholt die Robustheit der Baugruppe prädiziert werden. So können das erste Bauteil und/oder das zweite Bauteil iterativ und/oder wiederholt angepasst werden, um eine Baugruppe mit einem reduzierten Ausmaß an Verformung und/oder mit einer erhöhten Robustheit in Bezug auf (schlagartige) Verformungen herzustellen.
-
Insbesondere kann die Vorrichtung eingerichtet sein, wiederholt das FE-Modell der Baugruppe für das erste Bauteil und/oder für das zweite Bauteil anzupassen, um jeweils ein angepasstes FE-Modell zu ermitteln. Die Vorrichtung kann z.B. eingerichtet sein, die geometrische Form und/oder eine Materialeigenschaft (z.B. die Materialstärke) des ersten Bauteils und/oder des zweiten Bauteils anzupassen, um das angepasste FE-Modell zu ermitteln.
-
Es kann dann jeweils eine räumliche Test-Kontraktion der Menge von FEs für die Schweißnaht des jeweils angepassten FE-Modells veranlasst werden (die über die Ziel-Kontraktion für das jeweils angepasste FE-Modell hinausgeht), und es kann die Auswirkung der räumlichen Test-Kontraktion auf die Menge von FEs für das erste und/oder das zweite Bauteil des angepassten FE-Modells ermittelt werden. Ferner kann auf Basis der Auswirkung auf die Menge von FEs für das erste und/oder das zweite Bauteil des jeweils angepassten FE-Modells jeweils die Robustheit der jeweils angepassten Baugruppe prädiziert werden.
-
Die wiederholte Anpassung des FE-Modells kann dazu verwendet werden, ein optimiertes angepasstes FE-Modell zu ermitteln, für das die prädizierte Robustheit der Baugruppe größer als ein vordefinierter Robustheits-Schwellenwert ist. So kann in effizienter Weise eine besonders robuste Baugruppe konstruiert werden.
-
Ferner kann die Vorrichtung eingerichtet sein, Konstruktionsdaten für das (ggf. optimierte angepasste) FE-Modell der Baugruppe bereitzustellen, wobei die Konstruktionsdaten eine Herstellung des ersten Bauteils und/oder des zweiten Bauteils ermöglichen. Mit anderen Worten, das (ggf. optimierte angepasste) FE-Modell kann dazu verwendet werden, das erste Bauteil und/oder das zweite Bauteil zu fertigen. So kann in zuverlässiger Weise bewirkt werden, dass die durch das Verschweißen des ersten und zweiten Bauteils hergestellte Baugruppe eine besonders hohe Robustheit in Bezug auf (schlagartige) Verformungen aufweist.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein (Computer-implementiertes) Verfahren zur Ermittlung der Robustheit einer Baugruppe beschrieben, die in einem hergestellten Zustand ein erstes Bauteil und ein zweites Bauteil aufweist, welche über eine Schweißnaht miteinander verbunden sind. Die Baugruppe kann ggf. in einem Ausgangszustand, vor Herstellung der Schweißnaht, durch ein Finite Elemente (FE) Modell der Baugruppe beschrieben werden. Dabei kann das FE-Modell eine Menge von FEs für die herzustellende Schweißnaht und eine (davon separate) Menge von FEs für das erste und zweite Bauteil umfassen.
-
Das Verfahren umfasst das Ermitteln der räumlichen Ziel-Kontraktion der Menge von FEs für die Schweißnaht, durch die im Rahmen einer FE-Simulation der Übergang von dem Ausgangszustand in den hergestellten Zustand der Baugruppe modelliert wird. Des Weiteren umfasst das Verfahren das Veranlassen, im Rahmen der FE-Simulation, einer räumlichen Test-Kontraktion der Menge von FEs für die Schweißnaht, die über die Ziel-Kontraktion hinausgeht (d.h. die eine stärkere Kontraktion der Menge von FEs für die Schweißnaht bewirkt als die Ziel-Kontraktion).
-
Das Verfahren umfasst ferner das Ermitteln (im Rahmen der FE-Simulation) der Auswirkung der räumlichen Test-Kontraktion auf die Menge von FEs für das erste und/oder das zweite Bauteil, sowie das Prädizieren, auf Basis der ermittelten Auswirkung auf die Menge von FEs für das erste und/oder das zweite Bauteil, der Robustheit der Baugruppe in Bezug auf die Verformung, insbesondere in Bezug auf die schlagartige Verformung, die durch Einwirken einer äußeren Kraft auf die Baugruppe bewirkt wird.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor (z.B. auf einem Computer oder Server) ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
-
Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Ferner sind in Klammern aufgeführte Merkmale als optionale Merkmale zu verstehen.
-
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
- 1 ein beispielhaftes Fahrzeug mit einer mehrteiligen Baugruppe;
- 2a eine mehrteilige Baugruppe in einer Frontansicht;
- 2b eine mehrteilige Baugruppe in einer Seitenansicht;
- 3a ein beispielhaftes Finite-Elemente-Modell einer mehrteiligen Baugruppe;
- 3b ein beispielhaftes Finites-Element;
- 4a eine Ziel-Kontraktion der FEs für die Schweißnaht;
- 4b eine Test-Kontraktion der FEs für die Schweißnaht; und
- 5 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Prädiktion der Robustheit einer mehrteiligen Baugruppe.
-
Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der effizienten und frühzeitigen Vorhersage der Stabilität einer mehrteiligen Baugruppe in Bezug auf Durchschlagen, insbesondere um eine mehrteilige Baugruppe zu konstruieren, die eine besonders hohe Robustheit in Bezug auf Durchschlagen aufweist. In diesem Zusammenhang zeigt 1 ein Fahrzeug 100 mit einer Fahrzeugtür 110 als Beispiel für eine mehrteilige Baugruppe. Des Weiteren zeigt 2a in schematischer Weise eine mehrteilige Baugruppe 110 in einer Frontansicht (auf die Fläche der mehrteiligen Baugruppe 110) und 2b in einer Seitenansicht (auf die Kante zwischen den unterschiedlichen Bauteilen 201, 202 der Baugruppe 110). Die mehrteilige Baugruppe 110 kann z.B. eine Fläche von 0,5 m2 oder mehr aufweisen.
-
Die Baugruppe 110 umfasst ein erstes Bauteil 201, das z.B. ausgebildet ist, (zumindest zu einem wesentlichen Anteil) die mechanische Stabilität der Baugruppe 110 zu bewirken. Des Weiteren umfasst die Baugruppe 110 ein zweites Bauteil 202, das z.B. ausgebildet ist, eine dekorative und/oder formgebende Aufgabe der Baugruppe 110 zu bewirken. Bei einer Fahrzeugtür als Baugruppe 110 kann z.B. das zweite Bauteil 202 eine Außenhaut der Fahrzeugtür bilden. Das erste Bauteil 201 kann relativ steif ausgebildet sein, während das zweite Bauteil 202 relativ leicht verformbar sein kann (z.B. aufgrund der Verwendung eines relativ dünnen Blechs).
-
Das erste Bauteil 201 und das zweite Bauteil 202 können an ein oder mehreren (länglichen) Kanten miteinander verbunden sein. Beispielsweise können das erste Bauteil 201 und das zweite Bauteil 202 an einer Kante 204 ineinander verkantet und/oder zusammengepresst sein. Alternativ oder ergänzend können das erste Bauteil 201 und das zweite Bauteil 202 an ein oder mehreren Kanten durch linienförmige Schweißnähte 203 miteinander verschweißt sein (z.B. durch Verwenden eines Laser-Schweißverfahrens und/oder durch Verwenden eines taktilen und/oder Remote Schweißverfahrens). Beispielsweise können an zwei oder mehr Kanten der Baugruppe 110 jeweils eine Schweißnaht 203 angeordnet sein.
-
Das Verbinden der beiden Bauteile 201, 202 durch ein oder mehrere linienförmige und/oder längliche Schweißnähte 203 kann zu Verspannungen innerhalb der Baugruppe 110 führen, wobei die Verspannungen insbesondere in dem zweiten Bauteil 202 Verformungen bewirken können. Die Verspannungen können insbesondere durch die thermischen Einflüsse im Rahmen der Herstellung und der Abkühlung der Schweißnähte 203 verursacht werden. Die Verspannungen und dadurch bewirke Verformungen können ggf. durch konkrete Messungen an Prototypen des Bauteils 110 und/oder durch die Verwendung von komplexen thermomechanischen Simulationsmodellen prädiziert werden.
-
Die einzelnen Bauteile 201, 202 einer Baugruppe 110 können durch ein Finite Elemente (FE) Modell 310 beschrieben werden, wie beispielhaft in 3a dargestellt. Insbesondere zeigt 3a ein FE-Modell 310 für einen Ausschnitt des Bauteils 110. Dabei werden das erste Bauteil 201 und das zweite Bauteil 202 jeweils durch eine Menge von aneinander angrenzenden Finiten Elementen 311 beschrieben, die z.B. jeweils eine (dreidimensionale) Balken- oder Quaderstruktur aufweisen können. Mit anderen Worten, das Volumen der einzelnen Bauteile 201, 202 kann durch eine zwei- oder dreidimensionale Aneinanderreihung von FEs 311 beschrieben werden.
-
Jedes einzelne FE 311 kann (wie in 3b veranschaulicht) eine Mehrzahl von Parametern, insbesondere von geometrischen Parametern 321, 322 zur Beschreibung der räumlichen Ausdehnung des FEs 311 und/oder von mechanischen Parametern 331, 332 zur Beschreibung von mechanischen Kräften und/oder Spannungen innerhalb des FEs 311, umfassen. Des Weiteren kann ein FE 311 ein mathematisches und/oder mechanisches Modell umfassen, das beschreibt, wie sich mechanische Kräfte und/oder Spannungen an Kanten des FEs 311 auf die räumliche Ausdehnung des FEs 311 auswirken und/oder umgekehrt. Benachbarte FEs 311 können über aneinander angrenzende Kanten miteinander interagieren.
-
Das FE-Modell 310 kann ferner (zusätzliche) FEs 311 zur Modellierung der ein oder mehreren Schweißnähte 203 zur Verbindung des ersten Bauteils 201 mit dem zweiten Bauteil 202 umfassen. Mit anderen Worten, zusätzlich zu den FEs 311 für das erste Bauteil 201 und den FEs 311 für das zweite Bauteil 202 kann das FE-Modell 310 FEs 311 aufweisen (die weder zu dem ersten Bauteil 201 noch zu dem zweiten Bauteil 202 gehören), um zumindest eine Schweißnaht 203 zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil 201, 202 zu modellieren.
-
Das (dedizierte und/oder zusätzliche) FE-Modell 310 einer Schweißnaht 203 kann z.B. eine (ggf. eindimensionale) Aneinanderreihung von FEs 311 umfassen. Das FE-Modell 310 einer Schweißnaht 203 ist dabei an einer ersten (Längs-) Kante mit dem FE-Modell 310 des ersten Bauteils 201 und an einer gegenüberliegenden zweiten (Längs-) Kante mit dem FE-Modell des zweiten Bauteils 202 verbunden, derart, dass sich eine Veränderung eines Parameters 321, 322, 331, 332 in einem FE 311 der Schweißnaht 203 auf einen Parameter 321, 322, 331, 332 in einem FE 311 des ersten Bauteils 201 und/oder des zweiten Bauteils 202 auswirken kann.
-
Im Grundzustand des FE-Modells 310 kann ggf. angenommen werden, dass durch die FEs 311 einer Schweißnaht 203 keine Kräfte und/oder Spannungen 331, 332 auf angrenzende FEs 311 des ersten Bauteils 201 und/oder des zweiten Bauteils 202 bewirkt werden.
-
Die Auswirkungen des Schweißprozesses auf eine mehrteilige Baugruppe 110 können mittels des FE-Modells 310 der Baugruppe 110 simuliert werden (wobei das FE-Modell 310 der Baugruppe 110 die Teil-Modelle 310 für die einzelnen Bauteile 201, 202 und ein zusätzlichen Modell 310 für die Schweißnaht 203 aufweist). Insbesondere kann dabei veranlasst werden, dass sich das FE-Modell 310 der Schweißnaht 203 um einen bestimmten Kontraktionsfaktor zusammenzieht (entlang der Länge der Schweißnaht 203 und/oder quer zu der Schweißnaht 203). Zu diesem Zweck kann veranlasst werden, dass die räumliche Ausdehnung 321 der FEs 311 des FE-Modells 310 der Schweißnaht 203 (in Längsrichtung und/oder quer zu der Längsrichtung) um den bestimmten Kontraktionsfaktor reduziert wird.
-
Der Kontraktionsfaktor kann im Vorfeld durch Messungen und/oder durch thermomechanische Simulationen ermittelt werden. Insbesondere können dabei ein erstes Referenz-Bauteil mit ein oder mehrere ersten Referenzeigenschaften und ein zweites Referenz-Bauteil mit ein oder mehreren zweiten Referenzeigenschaften über zumindest eine Schweißnaht miteinander verbunden werden. Beispielhafte Referenzeigenschaften sind
- • das Material eines Bauteils;
- • die Dicke bzw. die Stärke eines Bauteils; und
- • das Elastizitätsmodul eines Bauteils.
-
Es können dann Kenndaten (z.B. in Form einer Look-Up Tabelle) bereitgestellt werden, die für unterschiedliche Kombinationen von ersten und zweiten Referenz-Bauteilen jeweils den zu verwendenden Kontraktionsfaktor anzeigen. Zur Ermittlung des Kontraktionsfaktors für eine bestimmte Baugruppe 110 können die Referenzeigenschaften des ersten Bauteils 201 und die Referenzeigenschaften des zweiten Bauteils 202 ermittelt werden, und es kann dann anhand der Referenzeigenschaften der Wert des Kontraktionsfaktors aus den Kenndaten ermittelt werden.
-
Der ermittelte Wert des Kontraktionsfaktors kann als Zielwert bezeichnet werden. Ferner kann die durch den Zielwert bewirkte Kontraktion der FEs 311 der Schweißnaht 203 als Ziel-Kontraktion bezeichnet werden.
-
Durch die Kontraktion der FEs 311 der Schweißnaht 203 werden Veränderungen der Parameter 321, 322, 331, 332 der FEs 311 des ersten Bauteils 201 und/oder des zweien Bauteils 202 bewirkt, die auf Basis des FE-Modells 310 der Baugruppe 110 im Rahmen einer FE-Simulation ermittelt werden können. Insbesondere können dabei Auswirkungen auf die geometrischen Parameter 321, 322 der FEs 311 des ersten Bauteils 201 und/oder der FEs 311 des zweiten Bauteils 202 und somit Verformungen des ersten Bauteils 201 und/oder des zweiten Bauteils 202 ermittelt werden.
-
Es kann somit anhand einer FE-Simulation ermittelt werden, ob es bei der Erstellung von ein oder mehreren Schweißnähten 203 zu einem (sichtbaren) Verzug bzw. zu einer (sichtbaren) Verformung des ersten Bauteils 201 und/oder des zweiten Bauteils 202 kommt. Wenn dies der Fall ist, so kann eine Änderung des ersten Bauteils 201 und/oder des zweiten Bauteils 202 (insbesondere des FE-Modells 311 des ersten und/oder zweiten Bauteils 201, 202) vorgenommen werden. Dabei kann z.B. eine Materialeigenschaft (z.B. die Materialstärke) und/oder die Form des ersten und/oder zweiten Bauteils 201, 202 angepasst werden. Es kann dann erneut eine Kontraktion des angepassten FE-Modells 310 der ein oder mehreren Schweißnähte 203 bewirkt werden, um eine mögliche Verformung der Baugruppe 110 zu detektieren. Dieser Anpassungsprozess kann iterativ wiederholt werden.
-
Durch eine iterative Anpassung des FE-Modells 310 des ersten und/oder des zweiten Bauteils 201, 202 kann ein optimiertes FE-Modell 310 ermittelt werden, für das bei der Kontraktion der ein oder mehreren Schweißnähte 203 keine oder keine wesentlichen (sichtbaren) Verformungen des ersten und/oder des zweiten Bauteils 201, 202 des FE-Modells 310 bewirkt werden. Das erste und/oder das zweite Bauteil 201, 202 sowie die mehrteilige Baugruppe 110 können dann entsprechend dem ermittelten, optimierten FE-Modell 310 gefertigt werden. So kann in effizienter und zuverlässiger Weise eine mehrteilige Baugruppe 110 mit ein oder mehreren Schweißnähten 203 hergestellt werden, die keine (wesentlichen und/oder mit dem bloßen Auge sichtbaren) Verformungen aufweist.
-
Eine Baugruppe 100 kann somit im Initialzustand (mittels einer CAD-Nominalgeometrie), vor Herstellung der ein oder mehreren Schweißnähte 203, virtuell modelliert werden. Dabei werden lediglich die Komponenten bzw. Bauteile 201, 202 der Baugruppe 100 und nicht die der am Prozess beteiligten Anlagen- und/oder Werkzeugkomponenten modelliert. Alle Schweißnähte 203 sind dabei Teil des Modells 310 (z.B. jeweils als eine (zusätzliche) Linie von FEs 311 im Modell 310 (zusätzlich zu den FEs 311 für die einzelnen Bauteile 201, 202). Daten in Bezug auf die Werkzeuge und/oder die Anlagen für die Erstellung der Schweißnähte 203 werden nicht verwendet. Eine Schweißnaht 203 kann dabei mit Finiten Elementen 311 mit Werkstoffdaten in Bezug auf Eigenschaften des Werkstoffs der Schweißnaht 203 modelliert werden.
-
Zur Simulation des Schweißprozesses werden die ein oder mehreren Schweißnähte 203 um einen prozentualen Anteil (d.h. um einen Kontraktionsfaktor) in ihrer Länge mechanisch (ohne Verwendung von Wärmequellen und/oder Wärmesenken) geschrumpft. Dabei kann im Rahmen der Simulation eine prozentuale, zeitlich verteilte, Volumen-Schrumpfung vorgenommen werden. Die Schrumpfung kann verteilt entlang der länglichen Ausbreitung einer Schweißnaht 203 aufgebracht werden. Durch eine derartige FE-Simulation können die Anfälligkeit der Baugruppe 110 in Bezug auf das Entstehen von Beulen und/oder in Bezug auf Durchschlagsprobleme qualitativ und quantitativ bewertet werden. Des Weiteren sind Risikoabschätzungen für Verformungen, die durch andere Einflüsse entstehen können, durchführbar.
-
Es wird somit ein (ggf. Computer-implementiertes) Verfahren zur Vorhersage und/oder zur Reduzierung der Verformung einer Baugruppe 110 beschrieben, die bei Herstellung zumindest einer (linienförmigen) Schweißnaht 203 zur Verbindung eines ersten Bauteils 201 und eines zweiten Bauteils 202 der Baugruppe 110 bewirkt wird. Die Schweißnaht 203 kann z.B. mittels eines Schweißwerkzeugs hergestellt werden, insbesondere unter Verwendung eines Laserschweißprozesses und/oder durch Verwendung eines taktilen und/oder Remote Schweißprozesses. Das Verfahren kann durch einen Computer und/oder Server ausgeführt werden (z.B. unter Verwendung eines FE-Simulations-Softwareprogramms und/oder eines CAD (Computer Aided Design) Softwareprogramms).
-
Das Verfahren kann das Bereitstellen eines FE-Modells 310 der Baugruppe 110 umfassen, wobei das FE-Modell 310 eine (dedizierte) Menge von FEs 311 für die Schweißnaht 203 und zumindest eine (zusätzliche) Menge von FEs 311 für das erste und zweite Bauteil 201, 202 umfasst. Die Menge von FEs 311 für die Schweißnaht 203 kann eine linienförmige Aneinanderreihung von FEs 311 umfassen. Dabei können die FEs 311 der Schweißnaht 203 jeweils mit zumindest einem FE 311 des ersten Bauteils 201 und einem FE 311 des zweiten Bauteils 202 gekoppelt sein, insbesondere derart, dass durch eine Verformung (insbesondere eine Kontraktion) eines FEs 311 der Schweißnaht 203 eine Spannung und/oder eine Kraft in einem FE 311 des ersten Bauteils 201 und/oder des zweiten Bauteils 202 bewirkt wird. Die Menge von FEs 311 für die Schweißnaht 203 ist dabei bevorzugt separat und/oder zusätzlich zu den Mengen von FEs 311 für die Bauteile 201, 202.
-
Außerdem kann das Verfahren das Veranlassen einer räumlichen Kontraktion der Menge von FEs 311 für die Schweißnaht 203 umfassen. Die Kontraktion kann dabei entlang der linienförmigen Ausbreitung der Schweißnaht 203 erfolgen. Insbesondere kann veranlasst werden, dass die Länge der Schweißnaht 203 um einen bestimmten (Ziel-) Kontraktionsfaktor reduziert wird. Die Reduzierung der Länge der Schweißnaht 203 kann (gleichmäßig) auf die einzelnen FEs 311 für die Schweißnaht 203 verteilt werden.
-
Das Verfahren kann ferner das Simulieren der Auswirkung der räumlichen Kontraktion der Menge von FEs 311 für die Schweißnaht 203 auf die Menge von FEs 311 für das erste und/oder das zweite Bauteil 201, 202 umfassen. Insbesondere kann simuliert werden (mittels eines FE-Simulationsprogramms), welche Spannungen 331, 332 und/oder welche räumliche Veränderungen 321, 322 bei den einzelnen FEs 311 des ersten Bauteils 201 und/oder des zweiten Bauteils 202 bewirkt werden.
-
Außerdem kann das Verfahren das Prädizieren und/oder das Vorhersagen der räumlichen Verformung des ersten Bauteils 201 und/oder des zweiten Bauteils 202 auf Basis der simulierten Auswirkung auf die Menge von FEs 311 für das erste und/oder das zweite Bauteil 201, 202 umfassen.
-
Durch das beschriebene Verfahren kann in effizienter Weise (auch ohne Verwendung eines Modells der Schweißanlage und/oder des Schweißprozesses) eine Vorhersage dahingehend getroffen werden, wie sich der Schweißprozess auf die Verformung einer mehrteiligen Baugruppe 110 auswirkt. Des Weiteren kann durch ein iteratives und/oder wiederholtes Anpassen des FE-Modells 310 der Baugruppe 110 ein FE-Modell 310 ermittelt werden, bei dem die (Ziel-) Kontraktion der Schweißnaht 203 zu einer reduzierten Verformung des ersten und/oder des zweiten Bauteils 201, 202 führt. Das erste und/oder das zweite Bauteil 201, 202 können dann auf Basis des angepassten FE-Modells 310 gefertigt ist, so dass eine Baugruppe 101 mit reduzierten Verformungen herstellt werden kann.
-
Ein mehrteiliges Bauteil 110 kann im Anschluss an den Schweißprozess äußeren Kräften ausgesetzt sein, durch die eine dauerhafte Verformung der Baugruppe 110 bewirkt werden kann. Insbesondere kann es durch eine äußere Kraft zu einem Durchschlagen der Baugruppe 110 kommen, sodass sich z.B. eine Beule ausbildet. Das in diesem Dokument beschriebene Simulationsverfahren kann dazu genutzt werden, bereits während des Entwicklungsprozesses (im Rahmen der FE-Simulation) die Robustheit der Baugruppe 110 in Bezug auf Verformungen bei Einwirken von äußeren Kräften (insbesondere in Bezug auf Durchschlagen) zu ermitteln. Durch iteratives Anpassen des FE-Modells 310 der Baugruppe 110 kann dann eine Baugruppe 100 konstruiert werden, die eine möglichst hohe Robustheit in Bezug auf Verformungen durch äußere Kräfte aufweist.
-
Wie bereits weiter oben dargelegt, kann, wie beispielhaft in 4a dargestellt, im Rahmen der FE-Simulation eine Ziel-Kontraktion 401 der Teilmenge von FEs 311 der Schweißnaht 203 bewirkt werden, um den Schweißprozess bei der Herstellung der Baugruppe 110 zu simulieren. Die Ziel-Kontraktion 401 entspricht dabei der Kontraktion, die im Rahmen der FE-Simulation bewirkt wird, um die tatsächlich hergestellte Baugruppe 110 zu modellieren. Die Ziel-Kontraktion 401 kann einem bestimmten Zielwert des Kontraktionsfaktors entsprechen.
-
Ausgehend von der Ziel-Kontraktion 401 kann eine über die Ziel-Kontraktion 401 hinausgehende Test-Kontraktion 402 bewirkt werden (wie beispielhaft in 4b dargestellt). Mit anderen Worten, es kann im Rahmen der FE-Simulation ein Wert des Kontraktionsfaktors verwendet werden, der über den Zielwert hinausgeht (und der somit zu einer weitergehenden Kontraktion der FEs 311 für die Schweißnaht 203 führt). Beispielsweise kann die Test-Kontraktion 402 um 5% oder mehr, oder 10% oder mehr, oder 15% oder mehr, oder 20% oder mehr über die Ziel-Kontraktion 401 hinausgehen.
-
Es kann dann im Rahmen der FE-Simulation überprüft werden, ob das Anwenden der Test-Kontraktion 402 zu einer Verformung, insbesondere zu einem Durchschlagen, der Baugruppe 110 führt oder nicht. Insbesondere kann durch eine iterative Veränderung der (über den Zielwert hinausgehenden) Werte des Kontraktionsfaktors der Grenzwert des Kontraktionsfaktors ermittelt werden, ab dem eine Verformung, insbesondere ein Durchschlagen, der Baugruppe 110 eintritt. Der ermittelte Grenzwert des Kontraktionsfaktors kann dann als Indikator für die Robustheit der Baugruppe 110 verwendet werden.
-
Wenn eine ausreichend hohe Robustheit der Baugruppe 110, insbesondere wenn ein ausreichend hoher Grenzwert des Kontraktionsfaktors (z.B. ein Grenzwert, der größer als ein Grenzwert-Schwellenwert ist), ermittelt wird, so kann das FE-Modell 310 der Baugruppe 110 für die konkrete Herstellung der Baugruppe 110 verwendet werden.
-
Wenn andererseits erkannt wird, dass die Baugruppe 110 eine zu geringe Robustheit in Bezug auf äußere Kräfte aufweist (z.B., weil der Grenzwert kleiner als der Grenzwert-Schwellenwert ist), so kann das FE-Modell 310 der Baugruppe 110 angepasst werden, um die Robustheit der Baugruppe 110 zu erhöhen. Dieser Prozess kann iterativ weiderholt werden, um ein angepasstes FE-Modell 310 für eine Baugruppe 110 zu ermitteln, die eine ausreichend hohe Robustheit hat.
-
Die Robustheit der Baugruppe 110 in Bezug auf äußere Kräfte könnte alternativ (oder ergänzend) auch dadurch überprüft und/oder ermittelt werden, dass an der Stelle der schlagartigen Verformung der Baugruppe 110 (im Rahmen der FE-Simulation) eine äußere Kraft aufgebracht wird. Zu diesem Zweck müsste die Stelle der schlagartigen Verformung jedoch bekannt sein, was bei dem in diesem Dokument beschriebenen Verfahren zur Überprüfung der Robustheit nicht erforderlich ist. Die Robustheit kann somit in besonders effizienter Weise überprüft werden.
-
Es wird somit ein Verfahren beschrieben, bei dem in einem ersten Schritt (ggf. durch schrittweise Erhöhung des Kontraktionsfaktors) eine Schrumpfung der FEs 311 für die Schweißnaht 203 auf 100% bewirkt wird (was der Ziel-Kontraktion 401 entspricht). Im Folgenden kann im Rahmen der FE-Simulation eine Erhöhung der Schrumpfung bewirkt werden, z.B. um 5%, 10%, 15% und/oder 20%. Basierend auf den Simulationsergebnissen kann die Stabilität der Baugruppe 110 überprüft werden. Insbesondere kann überprüft werden, ob ein Risiko von Durchschlagsproblemen (z.B. im weiteren Herstellungsprozess und/oder bei der Nutzung) besteht oder nicht. Ferner kann das Risiko quantifiziert werden. Bei Bedarf kann eine iterative Anpassung der Geometrie der Baugruppe 110 und FE-Simulation durchgeführt werden, um in iterativer Weise eine stabile Geometrie für die Baugruppe 110 zu ermitteln. So kann eine Baugruppe 110 konstruiert werden, die robust gegen Prozessschwankungen in der Herstellung beim Schweißen ist und/oder die robust in Bezug auf äußere Krafteinwirkungen ist.
-
5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines (ggf. Computer-implementierten) Verfahrens 500 zur Ermittlung der Robustheit einer Baugruppe 110, die in einem hergestellten Zustand ein erstes Bauteil 201 und ein zweites Bauteil 202 aufweist, welche über eine Schweißnaht 203 miteinander verbunden sind. Der Schweißprozess zum Verbinden der beiden Bauteile 201, 202 kann anhand einer FE-Simulation simuliert werden. Dabei kann die Baugruppe 110 in einem Ausgangszustand, vor Herstellung der Schweißnaht 203, durch ein Finite Elemente (FE) Modell 310 der Baugruppe 110 beschrieben werden. Das FE-Modell 310 kann eine (dedizierte) Menge von FEs 311 für die herzustellende Schweißnaht 203 und eine (davon separate) Menge von FEs 311 für das erste und zweite Bauteil 201, 202 umfassen.
-
Im Rahmen der FE-Simulation kann (ggf. als ausschließliche Maßnahme) eine Kontraktion der Menge von FEs 311 für die Schweißnaht 203 bewirkt werden, um die Auswirkungen des Schweißprozesses zu simulieren. Dabei kann (ggf. allein) durch die Kontraktion der Menge von FEs 311 für die Schweißnaht 203 der Übergang von dem Ausgangszustand in den hergestellten Zustand der Baugruppe 110 simuliert und/oder modelliert werden.
-
Das Verfahren 500 kann somit umfassen, das Ermitteln 501 einer räumlichen Ziel-Kontraktion 401 der Menge von FEs 311 für die Schweißnaht 203, durch die im Rahmen der FE-Simulation ein Übergang von dem Ausgangszustand in den hergestellten Zustand der Baugruppe 110 modelliert wird. Die Ziel-Kontraktion 401 kann dabei einem bestimmten Zielwert des Kontraktionsfaktors entsprechen, der auf die FEs 311 der Schweißnaht 203 angewendet wird.
-
Das Verfahren 500 umfasst ferner das Veranlassen 502, im Rahmen der FE-Simulation, einer räumlichen Test-Kontraktion 402 der Menge von FEs 311 für die Schweißnaht 203, die über die Ziel-Kontraktion 401 hinausgeht. Die Test-Kontraktion 402 kann dabei um einen bestimmten Prozentsatz (z.B. 5% oder mehr, oder 10% oder mehr, oder 15% oder mehr) über die Ziel-Kontraktion hinausgehen.
-
Des Weiteren umfasst das Verfahren 500 das Ermitteln 503 einer Auswirkung der räumlichen Test-Kontraktion 402 auf die Menge von FEs 311 für das erste und/oder das zweite Bauteil 201, 202. Dabei kann insbesondere überprüft werden, ob durch die Test-Kontraktion 402 der Menge von FEs 311 für die Schweißnaht 203 eine (schlagartige) Verformung der Menge von FEs 311 für das erste und/oder das zweite Bauteil 201, 202 (und damit eine (schlagartige) Verformung der Baugruppe 110) bewirkt wird oder nicht.
-
Das Verfahren 500 kann ferner umfassen, das Prädizieren 504, auf Basis der Auswirkung auf die Menge von FEs 311 für das erste und/oder das zweite Bauteil 201, 202, der Robustheit der Baugruppe 110 in Bezug auf eine Verformung, insbesondere in Bezug auf eine schlagartige Verformung, die durch Einwirken einer äußeren Kraft auf die Baugruppe 110 bewirkt wird.
-
Beispielsweise kann der Grenzwert des Kontraktionsfaktors ermittelt werden, ab dem in der FE-Simulation eine (schlagartige) Verformung der Menge von FEs 311 für das erste und/oder das zweite Bauteil 201, 202 erkannt wird. Der Grenzwert kann z.B. als Prozentwert relativ zu dem Zielwert des Kontraktionsfaktors angegeben werden. Auf Basis des Grenzwertes kann die Robustheit der Baugruppe 110 prädiziert werden.
-
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.
