WO2020233900A1 - Verfahren und vorrichtung zur vorhersage und/oder reduzierung der verformung einer mehrteiligen baugruppe - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur vorhersage und/oder reduzierung der verformung einer mehrteiligen baugruppe Download PDF

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WO2020233900A1
WO2020233900A1 PCT/EP2020/060126 EP2020060126W WO2020233900A1 WO 2020233900 A1 WO2020233900 A1 WO 2020233900A1 EP 2020060126 W EP2020060126 W EP 2020060126W WO 2020233900 A1 WO2020233900 A1 WO 2020233900A1
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component
fes
weld seam
contraction
model
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PCT/EP2020/060126
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Michael Fleischer
Sebastian ROESEL
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a method and a corresponding device that make it possible to predict and / or reduce the geometric distortion of an assembly that consists of several construction parts that are connected to one another via one or more welds.
  • a vehicle typically has different multi-part assemblies in which at least two components are connected to one another via one or more linear weld seams.
  • a relatively stable structural component for a vehicle can be produced using one or more
  • Welds are connected to a relatively easily deformable outer skin component, the outer skin component forming the outer shape of the vehicle door.
  • a geometric distortion can be caused, which leads to visible deformations on the outer skin component.
  • Deformations that arise when creating weld seams are typically only recognized at a relatively late stage in the development of an assembly and / or can only be predicted for the assembly using relatively complex thermomechanically coupled models.
  • the present document is concerned with the technical task of being able to recognize and / or avoid or reduce deformations that are caused when a multi-part assembly is welded together at an early stage and / or in an efficient manner.
  • the problem is solved by the independent claims.
  • Advantageous embodiments are described, inter alia, in the dependent claims. It is pointed out that additional features of a patent claim dependent on an independent patent claim without the features of the independent patent claim or only in combination with a subset of the features of the independent patent claim can form a separate invention independent of the combination of all features of the independent patent claim which can be made the subject of an independent claim, a divisional application or a subsequent application. This applies equally to the technical teachings described in the description, which can form an invention that is independent of the features of the independent patent claims.
  • an apparatus e.g., a computer and / or a server
  • the device is designed to predict and / or reduce the deformation of the assembly that is brought about when at least one weld seam is produced to connect a first component and a second component of the assembly.
  • the device can be designed to predict and / or reduce the deformation of a multi-part assembly caused during a welding process (in particular a laser welding process and / or a tactile and / or remote welding process).
  • the aspects described in this document can generally be applied to welding processes in which a linear and / or elongated weld seam is herge between two components.
  • the device described in this document can be part of a CAD (Computer Aided Design) system.
  • the first component can have a relatively high rigidity and the second component can have a relatively low rigidity. In other words, the second component can be deformed relatively easily in comparison to the first component his.
  • the second component can for example consist of a relatively thin sheet metal (for example with a thickness or strength of 0.5 cm or less).
  • the assembly is a door or flap (particularly a door or flap of a vehicle).
  • the first component can form a load-bearing structure of the door or flap and the second component can form an outer skin of the door or flap.
  • the device is set up to determine and / or provide a finite element (FE) model of the assembly.
  • the FE model includes a set of FEs for the weld seam and a set of FEs for the first and second component.
  • the weld seam can extend linearly between the first component and the second component (e.g. along an edge of the first component and along an edge of the second component).
  • the weld seam can have a length that is significantly (in particular by a factor of 5 or more, 10 or more or 50 or more) greater than the thickness and / or the width of the weld seam.
  • the FE model can describe the full and / or the entire weld seam right at the start of a simulation.
  • the set of FEs for the (entire) weld seam can then comprise a line-shaped series of FEs corresponding to the weld seam.
  • An FE model can thus be provided for the assembly which (already at the beginning of the simulation) has a set of FEs for the entire weld seam between the first component and the second component.
  • the individual FEs of the FE model typically each have a certain spatial extent (eg as a three-dimensional cuboid or bar).
  • an FE typically includes a mechanical (mathematical) model that describes how a force applied to an edge of the FE affects the spatial expansion of the FE.
  • Adjacent FEs are typically mechanically coupled to one another, so that a change in the spatial expansion of an FE causes a force on a directly adjacent FE, which in turn can cause a change in the spatial expansion of the directly adjacent FE.
  • An FE model can be provided in a basic state in which the first component and the second component have the shape that the first component and the second component had before the welding process, ie before the production of the
  • the FE model already includes the entire weld seam between the first component and the second component.
  • the FE model for the (entire) weld seam can then have FEs that connect the FEs of the (undeformed) first component with the FEs of the (undeformed) second component.
  • no forces are brought about by an FE for the weld seam on an FE of the first and / or the second component. This preferably applies to all FEs of the weld seam.
  • the device can be set up to cause a spatial contraction of the set of FEs for the weld seam.
  • the spatial extent of the FEs for the weld seam in particular along the start of the weld seam
  • a spatial contraction can be brought about by a specific contraction factor (in order to ensure that the weld seam, starting from the basic state, has a catch that is reduced by the contraction factor).
  • the contraction factor can be applied to the individual FEs of the set of FEs for the weld.
  • the spatial contraction can be evenly distributed over the set of FEs for the weld seam.
  • the device is also set up to determine and / or simulate the effect of the spatial contraction of the amount of FEs for the weld seam on the amount of FEs for the first and / or the second component.
  • the contraction can be brought about gradually (for example on a sequence of time steps) in order to gradually determine and / or simulate the progressive effects (for example on the sequence of time steps).
  • the spatial contraction of the FEs for the weld seam typically brings about forces on individual FEs of the first component and / or the second component. These forces in turn lead to a change in the spatial extent of the individual FEs of the first component and / or of the second component. These changes and / or effects on the individual FEs can be determined in the context of an FE simulation.
  • the device is set up to predict the spatial deformation of the first component and / or the second component on the basis of the effect on the set of FEs for the first and / or the second component.
  • one or more points can be predicted at which the first and / or the second component will deform as a result of the production of the at least one weld seam.
  • the device enables the effects of the production of a weld seam to be predicted in an efficient manner (without using a thermomechanical model and / or without taking into account parameters with respect to the welding process and / or with respect to the welding tool) and, based on this, reduce them .
  • the cost of a multi-part assembly can thus be reduced and the quality of the assembly produced can be increased.
  • the device described does not carry out a progressive build-up of the weld seam in order to simulate the production of the weld seam analogously to reality.
  • the device uses an FE model of the assembly that already includes a set of FEs for the entire weld seam.
  • the amount of FEs for the weld seam can already be used at the beginning of an FE simulation to determine the effect of the spatial contraction on the amount of FEs for the first and / or the second component, the entire weld seam between the first component and the second component describe (as they actually do should be produced). In this way, the complexity of the simulation can be significantly reduced.
  • the described device typically does not use any data relating to a welding system and / or tool and / or relating to the kinematics of the welding system and / or the welding tool that relate to the real assembly process of the assembly influence. Instead, the effects of the welding process are simulated in an efficient manner (possibly alone) by contraction of the FE model of the entire weld seam between the first component and the second component.
  • the device can be set up to determine one or more (reference) properties of the first component and / or of the second component.
  • Exemplary (reference) properties are: the material of the first component and / or of the second component, and / or the material thickness of the first component and / or of the second component.
  • the extent of the contraction to be induced in particular the contraction factor for the contraction of the weld seam, can then be determined in a precise manner based on the one or more reference properties of the first component and / or of the second component.
  • the extent of the contraction to be caused can be determined on the basis of predetermined characteristic data, the characteristic data for a plurality of combinations of different one or more reference properties of a first reference component and / or a second reference component each being an extent of the con to be initiated show traction.
  • the characteristic data can, for example, have been determined in advance using (thermomechanical) simulations and / or on the basis of measurements on actual assemblies.
  • the deformation of the assembly can be predicted in a particularly precise manner and / or be reduced.
  • the device can be set up to iteratively and / or repeatedly adapt the first and / or the second component (in particular the FE model of the first and / or the second component) (in particular with regard to the shape and / or the used Material).
  • the deformation can then be repeatedly predicted.
  • first component and / or the second component can be adapted iteratively and / or repeatedly in order to produce an assembly with a reduced amount of deformation.
  • the device can be set up to repeatedly adapt the FE model of the assembly for the first component and / or for the second component, in order to determine an adapted FE model in each case.
  • the device can be set up to adapt the geometric shape and / or a material property (e.g. the material thickness) of the first component and / or the second component in order to determine the adapted FE model.
  • a spatial contraction of the set of FEs for the weld seam of the respectively adapted FE model can then be initiated, and the effect of the spatial contraction on the set of FEs for the first and / or the second component of the adapted FE model can be initiated be determined. Furthermore, the extent of the spatial deformation of the first component and / or of the second component can be determined based on the effect on the set of FEs for the first and / or the second component of the respectively adapted FE model.
  • the repeated adaptation of the FE model can be used to determine an optimized, adapted FE model for which the extent of the spatial deformation of the first component and / or of the second component is smaller than a predetermined deformation threshold value.
  • the device can be set up to provide design data for the optimized, adapted FE model of the assembly, the design data making it possible to manufacture the first component and / or the second component.
  • the optimized, adapted FE model can be used to manufacture the first component and / or the second component. In this way, it can be ensured in a reliable manner that the assembly produced by welding the first and second component has a reduced amount of deformation.
  • a (computer-implemented) method for predicting and / or reducing the deformation of an assembly is described, which is brought about when producing at least one weld seam to connect a first component and a second component of the assembly.
  • the deformation of the (relatively easily deformable) second construction can be partially predicted and / or reduced.
  • the method comprises providing an FE model of the assembly, the FE model comprising a set of FEs for the weld seam and a set of FEs for the first and second component.
  • the method also includes causing the set of FEs for the weld to contract spatially.
  • the contraction can take place along the longitudinal direction of the weld seam.
  • the contraction can take place transversely and / or radially to the longitudinal direction of the weld seam.
  • the method further includes simulating the effect of the spatial contraction on the set of FEs for the first and / or the second component.
  • the effects on the spatial extent of the set of FEs for the first and / or the second component can be determined.
  • the method comprises predicting the spatial deformation of the first component and / or the second component based on the simulated effect on the set of FEs for the first and / or the second component.
  • SW software program
  • the software program can be set up to be executed on a processor (e.g. on a computer or server) and thereby to execute the method described in this document.
  • a storage medium can comprise a SW program which is set up to be executed on a processor and thereby to execute the method described in this document.
  • FIG. 1 shows an exemplary vehicle with a multi-part assembly
  • FIG. 2a shows a multi-part assembly in a front view
  • FIG. 2b shows a multi-part assembly in a side view
  • FIG. 3a shows an exemplary finite element model of a multi-part assembly
  • FIG. 3b shows an exemplary finite element
  • FIG. 4 shows a flow chart of an exemplary method for predicting and / or avoiding or reducing deformations in the production of a multi-part assembly.
  • FIG. 1 shows a vehicle 100 with a vehicle door 110 as an example of a multi-part assembly.
  • FIG. 2a schematically shows a multi-part assembly 110 in a front view (on the surface of the multi-part assembly 110) and FIG. 2b in a side view (on the edge between the different components 201, 202 of the assembly 110).
  • the multi-part assembly 110 can have an area of 0.5 m 2 or more, for example.
  • the assembly 110 comprises a first component 201, e.g. is designed to bring about the mechanical stability of the assembly 110 (at least to a substantial extent).
  • the assembly 110 further comprises a second component 202, e.g. is designed to effect a decorative and / or shaping task of the assembly 110.
  • the second component 202 form an outer skin of the vehicle door.
  • the first component 201 can be made relatively stiff, while the second component 202 can be relatively easily deformable (e.g. due to the use of a relatively thin sheet metal).
  • the first component 201 and the second component 202 can be connected to one another at one or more (elongated) edges.
  • the first component 201 and the second component 202 can be tilted and / or pressed together at an edge 204.
  • the first Component 201 and the second component 202 can be welded to one another at one or more edges by linear welds 203 (for example by using a laser welding method and / or by using a tactile and / or remote welding method).
  • a weld 203 can be arranged on two or more edges of the assembly 110.
  • connection of the two components 201, 202 by one or more linear and / or elongated weld seams 203 can lead to tension within the construction group 110, the tension particularly in the second construction part 202 causing deformations.
  • the stresses can in particular be caused by the thermal influences during the production and cooling of the weld seams 203.
  • the stresses and deformations caused thereby can, if necessary, be predicted by specific measurements on prototypes of the component 110 and / or by using complex thermomechanical simulation models.
  • the individual components 201, 202 of an assembly 110 can be described by a finite element (FE) model 310, as shown by way of example in FIG. 3a Darge.
  • FE finite element
  • Fig. 3a shows an FE model 310 for a section of the component 110.
  • the first component 201 and the second component 202 are each described by a set of adjacent finite elements 311, which e.g. each a (three-dimensional) bar or cuboid structure can alswei sen.
  • the volume of the individual components 201, 202 can be described by a two- or three-dimensional stringing together of FEs 311.
  • Each individual FE 311 can (as illustrated in Fig. 3b) a plurality of parameters, in particular of geometric parameters 321, 322 to describe the spatial extent of the FEs 311 and / or of mechanical Para meters 331, 332 to describe mechanical forces and / or voltage gen within FE 311.
  • an FE 311 can comprise a mathematical and / or mechanical model that describes how mechanical forces and / or stresses at the edges of the FE 311 affect the spatial extent of the FE 311 and / or vice versa.
  • Adjacent FEs 311 can interact with one another via adjacent edges.
  • the FE model 310 can also include FEs 311 for modeling the one or more weld seams 203 for connecting the first component 201 to the second component 202.
  • the FE model 310 of a weld 203 can e.g. comprise a (possibly one-dimensional) series of FEs 311.
  • the FE model 310 of a weld 203 is connected at a first (longitudinal) edge to the FE model 310 of the first component 201 and at an opposite second (longitudinal) edge to the FE model of the second component 202, in this way that a change in a parameter 321, 322, 331, 332 in an FE 311 of the weld seam 203 can affect a parameter 321, 322, 331, 332 in an FE 311 of the first component 201 and / or the second component 202.
  • the FEs 311 of a weld 203 do not cause any forces and / or stresses 331, 332 on adjacent FEs 311 of the first component 201 and / or the second component 202.
  • the effects of the welding process on a multi-part assembly 110 can be simulated using the FE model 310 of the assembly 110.
  • the FE model 310 is a
  • Weld 203 contracts by a certain contraction factor (along the length of weld 203 and / or transversely to weld 203).
  • a certain contraction factor (along the length of weld 203 and / or transversely to weld 203).
  • the spatial extent 321 of the FEs 311 of the FE model 310 of the weld seam 203 (in the longitudinal direction and / or transverse to the longitudinal direction) can be reduced by the determined contraction factor.
  • the contraction factor can be determined in advance by measurements and / or by thermal mechanical simulations.
  • a first reference component with one or more first reference properties and a second reference component with one or more second reference properties can be connected to one another via at least one weld seam. Examples are reference properties
  • Characteristic data (e.g. in the form of a look-up table) can then be provided, which each indicate the contraction factor to be used for different combinations of first and second reference components.
  • Characteristic data e.g. in the form of a look-up table
  • the reference properties of the first component 201 and the reference properties of the second component 202 can be determined, and the value of the contraction factor can then be determined from the characteristic data using the reference properties.
  • the contraction of the FEs 311 of the weld 203 causes changes in the parameters 321, 322, 331, 332 of the FEs 311 of the first component 201 and / or the second component 202 based on the FE model 310 of the assembly 110 in the frame can be determined by an FE simulation.
  • effects on the geometric parameters 321, 322 of the FEs 311 of the first component 201 and / or of the second component 202 and thus deformations of the first component 201 and / or of the second component 202 can be determined.
  • the first component 201 and / or the second component 202 (in particular the FE model 311 of the first and / or second component 201, 202) can be changed.
  • a material property for example the material thickness
  • a contraction of the adapted FE model 310 of the one or more weld seams 203 can then be brought about again in order to detect a possible deformation of the assembly 110. This adaptation process can be repeated iteratively.
  • an optimized FE model 310 can be determined for which no or no significant (visible) deformations of the weld seam 203 during the contraction of the one or more weld seams 203 first and / or the second component 201, 202 of the FE model 310.
  • the first and / or the second component 201, 202 and the multi-part assembly 110 can then be manufactured in accordance with the determined, optimized FE model 310. In this way, a multi-part assembly 110 with one or more weld seams 203 can be produced in an efficient and reliable manner, which has no deformations (significant and / or visible to the naked eye).
  • An assembly 100 can thus be virtually modeled in the initial state (by means of a CAD nominal geometry) before the one or more weld seams 203 are produced. Only the components or parts 201, 202 of the assembly 100 and not those of the system and / or tool components involved in the process are modeled. All weld seams 203 are part of the model 310 (for example, each as a line in the model 310). Data relating to the tools and / or the systems for creating the weld seams 203 are not used.
  • a weld seam 203 can be modeled with finite elements 311 with material data relating to properties of the material of the weld seam 203.
  • the one or more weld seams 203 are mechanically shrunk by a percentage (ie by a contraction factor) in their length (without using heat sources and / or reducing heat).
  • a percentage, temporally distributed, volume shrinkage can be carried out.
  • the shrinkage can be applied in a distributed manner along the elongated extension of a weld seam 203.
  • Such an FE simulation can be used to qualitatively and quantitatively assess the susceptibility of the assembly 110 with regard to the formation of dents and / or with regard to breakdown problems.
  • risk assessments for deformations that can arise from other influences can be carried out.
  • FIG. 4 shows a flowchart of an exemplary (computer-implemented) method 400 for predicting and / or reducing the deformation of an assembly 110 which, when producing at least one (linear) weld seam 203 for connecting a first component 201 and a second component 202 the assembly 110 is effected.
  • the weld 203 can e.g. be produced by means of a welding tool, in particular using a laser welding process and / or by using a tactile and / or remote welding process.
  • the method 400 can be carried out by a computer and / or server (e.g. using an FE simulation software program and / or a CAD (Computer Aided Design) software program).
  • the method 400 includes providing 401 an FE model 310 of the assembly 110, the FE model 310 comprising a set of FEs 311 for the weld seam 203 and at least a set of FEs 311 for the first and second components 201, 202 .
  • the set of FEs 311 for the weld seam 203 can comprise a line-shaped sequence of FEs 311.
  • the FEs 311 of the weld seam 203 can each be connected to at least one FE 311 of the first component 201 and an FE 311 of the second component 202, in particular such that a deformation (in particular a contraction) of an FE 311 of the weld 203 causes a tension and / or a force in an FE 311 of the first component 201 and / or of the second component 202 is effected.
  • the method 400 includes causing 402 a spatial contraction of the set of FEs 311 for the weld seam 203.
  • the contraction can take place along the linear expansion of the weld seam 203.
  • it can be caused that the length of the weld seam 203 is reduced by a certain contraction factor.
  • the reduction in the length of the weld seam 203 can be (evenly) distributed over the individual FEs 311 for the weld seam 203.
  • the method 400 further comprises simulating 403 the effect of the spatial contraction of the set of FEs 311 for the weld seam 203 on the set of FEs 311 for the first and / or the second component 201, 202.
  • it can be simulated (by means of an FE Simulation program) which voltages 331, 332 and / or which spatial changes 321, 322 are caused in the individual FEs 311 of the first component 201 and / or of the second component 202.
  • the method 400 includes predicting and / or predicting 404 the spatial deformation of the first component 201 and / or the second component 202 on the basis of the simulated effect on the set of FEs 311 for the first and / or the second component 201, 202 .
  • a prediction can be made in an efficient manner (even without using a model of the welding system and / or the welding process) as to how the welding process will affect the deformation of a multi-part assembly 110. Furthermore can By iterative and / or repeated adaptation of the FE model 310 of the assembly 110, an FE model 310 can be determined in which the contraction of the weld 203 leads to a reduced deformation of the first and / or the second component 201, 202. The first and / or the second component 201, 202 can then be manufactured on the basis of the adapted FE model 310, so that an assembly 101 with reduced deformations can be manufactured.

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  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Vorhersage und/oder Reduzierung einer Verformung einer Baugruppe (110) beschrieben, die bei Herstellung zumindest einer Schweißnaht (203) zur Verbindung eines ersten Bauteils (201) und eines zweiten Bauteils (202) der Baugruppe (110) bewirkt wird. Die Vorrichtung ist eingerichtet, ein FE-Modell (310) der Baugruppe (110) zu ermitteln, wobei das FE-Modell (310) eine Menge von FEs (311) für die Schweißnaht (203) und eine Menge von FEs (311) für das erste und zweite Bauteil (201, 202) umfasst. Des Weiteren ist die Vorrichtung eingerichtet, eine räumliche Kontraktion der Menge von FEs (311) für die Schweißnaht (203) zu veranlassen, und eine Auswirkung der räumlichen Kontraktion auf die Menge von FEs (311) für das erste und/oder das zweite Bauteil (201, 202) zu ermitteln. Des Weiteren ist die Vorrichtung eingerichtet, auf Basis der Auswirkung auf die Menge von FEs (311) für das erste und/oder das zweite Bauteil (201, 202) eine räumliche Verformung des ersten Bauteils (201) und/oder des zweiten Bauteils (202) zu prädizieren.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Vorhersage und/oder Reduzierung der Verformung einer mehrteiligen Baugruppe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung, die es ermöglichen, den geometrischen Verzug einer Baugruppe, die aus mehreren Bau teilen besteht, die über ein oder mehrere Schweißnähte miteinander verbunden sind, zu prädizieren und/oder zu reduzieren.
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 Fahr zeugtür ein relativ stabiles Strukturbauteil anhand von ein oder mehreren
Schweißnähten mit einem relativ leicht verformbaren Außenhautbauteil verbun den werden, wobei das Außenhautbauteil die äußere Form der Fahrzeugtür bildet. Im Rahmen des Schweißprozesses zur Verbindung der beiden Bauteile kann ein geometrischer Verzug bewirkt werden, der zu sichtbaren Verformungen an dem Außenhautbauteil führt.
Verformungen, die sich beim Erstellen von Schweißnähten ergeben, sind typi scherweise erst in einem relativ späten Stadium der Entwicklung einer Baugruppe zu erkennen und/oder nur unter Verwendung von relativ aufwändigen thermome chanisch gekoppelten Modellen für die Baugruppe zu prädizieren.
Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, bereits frühzeitig im Verlauf eines Entwicklungsprozesses und/oder in effizienter Weise Verformungen erkennen und/oder vermeiden bzw. zu reduzieren zu können, die beim Zusammenschweißen einer mehrteiligen Baugruppe bewirkt werden. Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Aus führungsformen 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 unabhängi gen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtli cher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsan meldung 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 Ser ver) zur Vorhersage und/oder zur Reduzierung der Verformung einer mehrteiligen Baugruppe beschrieben. Insbesondere ist die Vorrichtung darauf ausgelegt, die Verformung der Baugruppe zu prädizieren und/oder zu reduzieren, die bei Her stellung zumindest einer Schweißnaht zur Verbindung eines ersten Bauteils und eines zweiten Bauteils der Baugruppe bewirkt wird. Mit anderen Worten, die Vor richtung kann darauf ausgelegt sein, die im Rahmen eines Schweißprozesses (ins besondere eines Laser-Schweißprozesses und/oder eines taktilen und/oder Remote Schweißprozesses) bewirkte Verformung einer mehrteiligen Baugruppe zu prädi zieren und/oder zu reduzieren. Die in diesem Dokument beschriebenen Aspekte können allgemein auf Schweißprozesse angewendet werden, bei denen eine li nienförmige und/oder langgezogene Schweißnaht zwischen zwei Bauteilen herge stellt wird. Die in diesem Dokument beschriebene Vorrichtung kann Teil eines CAD (Computer Aided Design) Systems sein.
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 0,5 cm oder weniger) bestehen. In einem Beispiel ist die Baugruppe eine Tür oder Klappe (insbesondere eine Tür oder Klappe eines Fahr zeugs). 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 Vorrichtung ist eingerichtet, ein Finite Elemente (FE)-Modell der Baugruppe zu ermitteln und/oder bereitzustellen. Dabei umfasst das FE-Modell eine Menge von FEs für die Schweißnaht und eine Menge von FEs für das erste und zweite Bauteil. 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 o- der mehr oder 50 oder mehr) größer als die Dicke und/oder die Breite der Schweißnaht ist. Das FE-Modell kann gleich zu Beginn einer Simulation die volle und/oder die gesamte Schweißnaht beschreiben. Die Menge von FEs für die (ge samte) Schweißnaht kann dann eine der Schweißnaht entsprechende linienförmige Aneinanderreihung von FEs umfassen. Es kann somit ein FE-Modell für die Bau gruppe bereitgestellt werden, das (bereits zu Beginn der Simulation) eine Menge von FEs für die gesamte Schweißnaht zwischen dem ersten Bauteil und dem zwei ten Bauteil aufweist.
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 typischer weise mechanische miteinander gekoppelt, so dass eine Veränderung der räumli chen Ausdehnung eines FEs eine Kraft auf ein direkt angrenzendes FE bewirkt, wodurch wiederum eine Änderung der räumlichen Ausdehnung des direkt angren zenden FEs bewirkt werden kann. Es kann ein FE-Modell in einem Grundzustand 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 Grundzustand bereits die gesamte Schweißnaht zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil. Das FE-Modell 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 Grundzustand 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 Kontraktion der Menge von FEs für die Schweißnaht zu veranlassen. Mit anderen Worten, es kann im Rahmen einer Simulation veranlasst werden, dass die räumliche Ausdehnung der FEs für die Schweißnaht (insbesondere entlang der Fänge der Schweißnaht) redu ziert wird. Dabei kann eine räumliche Kontraktion um einen bestimmten Kontrak tionsfaktor bewirkt werden (um zu bewirken, dass die Schweißnaht ausgehend von dem Grundzustand eine um den Kontraktionsfaktor reduzierte Fänge auf weist). Der Kontraktionsfaktor kann auf die einzelnen FEs der Menge von FEs für die Schweißnaht angewendet werden. Insbesondere kann die räumliche Kontrak tion gleichmäßig auf die Menge von FEs für die Schweißnaht verteilt werden.
Die Vorrichtung ist ferner eingerichtet, die Auswirkung der räumlichen Kontrak tion der Menge von FEs für die Schweißnaht auf die Menge von FEs für das erste und/oder das zweite Bauteil zu ermitteln und/oder zu simulieren. Dabei kann die Kontraktion nach-und-nach (z.B. an einer Sequenz von Zeitschritten) bewirkt werden, um nach-und-nach (z.B. an der Sequenz von Zeitschritten) die fortschrei tenden Auswirkungen zu ermitteln und/oder zu simulieren. Durch die räumliche Kontraktion der FEs für die Schweißnaht werden typischer weise 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 einer FE Simulation ermittelt werden.
Ferner ist die Vorrichtung eingerichtet, auf Basis der Auswirkung auf die Menge von FEs für das erste und/oder das zweite Bauteil die räumliche Verformung des ersten Bauteils und/oder des zweiten Bauteils zu prädizieren. Insbesondere kön nen ein oder mehrere Stellen prädiziert werden, an denen sich das erste und/oder das zweite Bauteil infolge der Herstellung der zumindest einen Schweißnaht ver formen werden.
Die Vorrichtung ermöglicht es, in effizienter Weise (ohne Verwendung eines ther momechanischen Modells und/oder ohne Berücksichtigung von Parametern in Be zug auf den Schweißprozess und/oder in Bezug auf das Schweißwerkzeug) die Auswirkungen der Herstellung einer Schweißnaht zu prädizieren und basierend darauf zu reduzieren. So können die Kosten einer mehrteiligen Baugruppe redu ziert und die Qualität der hergestellten Baugruppe erhöht werden.
Insbesondere wird von der beschriebenen Vorrichtung kein progressiver Aufbau der Schweißnaht durchgeführt, um analog zu der Realität die Herstellung der Schweißnaht zu nachzubilden. Die Vorrichtung verwendet für eine FE Simulation ab Beginn der FE Simulation ein FE- Modell der Baugruppe, das bereits eine Menge von FEs für die gesamte Schweißnaht umfasst. Mit anderen Worten, die 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). So kann die Komplexität der Simulation wesentlich redu ziert 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 ver wendet, die den realen Zusammenbauprozess der Baugruppe beeinflussen. Statt- dessen werden die Auswirkungen des Schweißprozesses in effizienter Weise (ggf. allein) durch eine Kontraktion des FE-Modells der gesamten Schweißnaht zwi schen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil simuliert.
Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, ein oder mehrere (Referenz-) Eigenschaf ten 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 Kontraktion, insbesondere der Kontraktions faktor für die Kontraktion der Schweißnaht, kann dann in präziser Weise auf Ba sis der ein oder mehreren Referenzeigenschaften des ersten Bauteils und/oder des zweiten Bauteils ermittelt werden. Insbesondere kann das Ausmaß der zu veran lassenden 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 Kon traktion 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 Kontraktion und/oder eines Kontrakti onsfaktors auf Basis von vorbestimmten Kenndaten und/oder auf Basis von (Refe renz-) Eigenschaften des ersten und/oder des zweiten Bauteils kann die Verfor mung der Baugruppe in besonders präziser Weise prädiziert und/oder reduziert werden.
Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, das erste und/oder das zweite Bauteil (ins besondere das FE-Modell des ersten und/oder des zweiten Bauteils) iterativ und/o der wiederholt anzupassen (insbesondere in Bezug auf die Form und/oder das ver wendete Material). Es kann dann wiederholt die Verformung prädiziert werden.
So können das erste Bauteil und/oder das zweite Bauteil iterativ und/oder wieder holt angepasst werden, um eine Baugruppe mit einem reduzierten Ausmaß an Verformung 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. Insbesondere kann die Vor richtung eingerichtet sein, die geometrische Form und/oder eine Materialeigen schaft (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 Kontraktion der Menge von FEs für die Schweißnaht des jeweils angepassten FE-Modells veranlasst werden, und es kann die Auswirkung der räumlichen 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 das Ausmaß der räum lichen Verformung des ersten Bauteils und/oder des zweiten Bauteils ermittelt werden. Die wiederholte Anpassung des FE-Modells kann dazu verwendet werden, ein op timiertes angepasstes FE-Modell zu ermitteln, für das das Ausmaß der räumlichen Verformung des ersten Bauteils und/oder des zweiten Bauteils kleiner als ein vor bestimmter Verformungs-Schwellenwert ist.
Ferner kann die Vorrichtung eingerichtet sein, Konstruktionsdaten für das opti mierte angepasste FE-Modell der Baugruppe bereitzustellen, wobei die Konstruk tionsdaten eine Herstellung des ersten Bauteils und/oder des zweiten Bauteils er möglichen. Mit anderen Worten, das 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 ein reduziertes Ausmaß an Verformungen aufweist.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein (Computer-implementiertes) Verfahren zur Vorhersage und/oder zur Reduzierung der Verformung einer Baugruppe be schrieben, die bei Herstellung zumindest einer Schweißnaht zur Verbindung eines ersten Bauteils und eines zweiten Bauteils der Baugruppe bewirkt wird. Insbeson dere kann dabei die Verformung des (relativ leicht verformbaren) zweiten Bau teils prädiziert und/oder reduziert werden.
Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines FE-Modells der Baugruppe, wobei das FE-Modell eine Menge von FEs für die Schweißnaht und eine Menge von FEs für das erste und zweite Bauteil umfasst. Außerdem umfasst das Verfahren das Veranlassen einer räumlichen Kontraktion der Menge von FEs für die Schweiß naht. Die Kontraktion kann entlang der Fängsrichtung der Schweißnaht erfolgen. Alternativ oder ergänzend kann die Kontraktion quer und/oder radial zu der Fängsrichtung der Schweißnaht erfolgen. Das Verfahren umfasst ferner das Simulieren der Auswirkung der räumlichen Kontraktion auf die Menge von FEs für das erste und/oder das zweite Bauteil. Ins besondere können die Auswirkungen auf die räumliche Ausdehnung der Menge von FEs für das erste und/oder das zweite Bauteil ermittelt werden. Außerdem umfasst das Verfahren das Prädizieren der räumlichen Verformung des ersten Bauteils und/oder des zweiten Bauteils auf Basis der simulierten Auswirkung auf die Menge von FEs für das erste und/oder das zweite Bauteil.
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 die sem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Spei chermedium 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, Vor richtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen ver wendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Do kument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher be schrieben. Dabei zeigen
Figur 1 ein beispielhaftes Fahrzeug mit einer mehrteiligen Baugruppe;
Figur 2a eine mehrteilige Baugruppe in einer Frontansicht;
Figur 2b eine mehrteilige Baugruppe in einer Seitenansicht; Figur 3a ein beispielhaftes Finite-Elemente-Modell einer mehrteiligen Baugruppe; Figur 3b ein beispielhaftes Finites-Element; und
Figur 4 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Vorhersage und/oder zur Vermeidung bzw. Reduzierung von Verformungen bei der Herstel lung einer mehrteiligen Baugruppe.
Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der effizien ten und frühzeitigen Vorhersage und ggf. Vermeidung bzw. Reduzierung von Verformung bei der Herstellung einer mehrteiligen Baugruppe mittels eines Schweißprozesses. In diesem Zusammenhang zeigt Fig. 1 ein Fahrzeug 100 mit einer Fahrzeugtür 110 als Beispiel für eine mehrteilige Baugruppe. Des Weiteren zeigt Figur 2a in schematischer Weise eine mehrteilige Baugruppe 110 in einer Frontansicht (auf die Fläche der mehrteiligen Baugruppe 110) und Figur 2b in ei ner 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, (zu mindest 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 linien förmige Schweißnähte 203 miteinander verschweißt sein (z.B. durch Verwenden eines Laser-Schweiß Verfahrens und/oder durch Verwenden eines taktilen und/o der Remote Schweißverfahrens). Beispielsweise können an zwei oder mehr Kan ten 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 Bau gruppe 110 führen, wobei die Verspannungen insbesondere in dem zweiten Bau teil 202 Verformungen bewirken können. Die Verspannungen können insbeson dere durch die thermischen Einflüsse im Rahmen der Herstellung und der Abküh lung 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 thermomechani schen Simulationsmodellen prädiziert werden.
Die einzelnen Bauteile 201, 202 einer Baugruppe 110 können durch ein Finite Elemente (FE) Modell 310 beschrieben werden, wie beispielhaft in Fig. 3 a darge stellt. Insbesondere zeigt Fig. 3a ein FE-Modell 310 für einen Ausschnitt des Bau teils 110. Dabei werden das erste Bauteil 201 und das zweite Bauteil 202 jeweils durch eine Menge von aneinander angrenzenden Finiten Elementen 311 beschrie ben, die z.B. jeweils eine (dreidimensionale) Balken- oder Quaderstruktur aufwei sen können. Mit anderen Worten, das Volumen der einzelnen Bauteile 201, 202 kann durch eine zwei- oder dreidimensionale Aneinanderreihung von FEs 311 be schrieben werden.
Jedes einzelne FE 311 kann (wie in Fig. 3b veranschaulicht) eine Mehrzahl von Parametern, insbesondere von geometrischen Parametern 321, 322 zur Beschrei bung der räumlichen Ausdehnung des FEs 311 und/oder von mechanischen Para metern 331, 332 zur Beschreibung von mechanischen Kräften und/oder Spannun- gen innerhalb des FEs 311, umfassen. Des Weiteren kann ein FE 311 ein mathe matisch und/oder mechanisches Modell umfassen, dass beschreibt, wie sich me chanische 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 FEs 311 zur Modellierung der ein oder mehreren Schweißnähte 203 zur Verbindung des ersten Bauteils 201 mit dem zweiten Bau teil 202 umfassen. Das 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. Insbe sondere kann dabei veranlasst werden, dass sich das FE-Modell 310 einer
Schweißnaht 203 um einen bestimmten Kontraktionsfaktor zusammenzieht (ent lang 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 ther momechanische 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 Referenzeigenschaf ten über zumindest eine Schweißnaht miteinander verbunden werden. Beispiel hafte 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 Ermitt lung des Kontraktionsfaktors für eine bestimmte Baugruppe 110 können die Refe renzeigenschaften des ersten Bauteils 201 und die Referenzeigenschaften des zweiten Bauteils 202 ermittelt werden, und es kann dann anhand der Referenzei genschaften der Wert des Kontraktionsfaktors aus den Kenndaten ermittelt wer den.
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 Bau gruppe 110 im Rahmen einer FE-Simulation ermittelt werden können. Insbeson dere können dabei Auswirkungen auf die geometrischen Parameter 321, 322 der FEs 311 des ersten Bauteils 201 und/oder 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 Erstel lung von ein oder mehreren Schweißnähten 203 zu einem (sichtbaren) Verzug bzw. zu einer (sichtbaren) Verformung des ersten Bauteils 201 und/oder des zwei ten 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 er neut 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 ent sprechend dem ermittelten, optimierten FE-Modell 310 gefertigt werden. So kann in effizienter und zuverlässiger Weise eine mehrteilige Baugruppe 110 mit ein o- der 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. Bau teile 201, 202 der Baugruppe 100 und nicht die der am Prozess beteiligten Anla gen- und/oder Werkzeugkomponenten modelliert. Alle Schweißnähte 203 sind da bei Teil des Modells 310 (z.B. jeweils als eine Linie im Modell 310). Daten in Be zug auf die Werkzeuge und/oder die Anlagen für die Erstellung der Schweißnähte 203 werden nicht verwendet. Eine Schweißnaht 203 kann dabei mit Finiten Ele menten 311 mit Werkstoffdaten in Bezug auf Eigenschaften des Werkstoffs der Schweißnaht 203 modelliert werden. Zur Simulation des Schweißprozesses werden die ein oder mehreren Schweiß nähte 203 um einen prozentualen Anteil (d.h. um einen Kontraktionsfaktor) in ih rer Länge mechanisch (ohne Verwendung von Wärmequellen und/oder Wärme senken) geschrumpft. Dabei kann im Rahmen der Simulation eine prozentuale, zeitlich verteilte, Volumen-Schrumpfung vorgenommen werden. Die Schrump fung kann verteilt entlang der länglichen Ausbreitung einer Schweißnaht 203 auf gebracht 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 entste hen können, durchführbar.
Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften (Computer-implementierten) Verfahrens 400 zur Vorhersage und/oder zur Reduzierung der Verformung einer Baugruppe 110, die bei Herstellung zumindest einer (linienförmigen) Schweiß naht 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 Schweiß Werkzeugs hergestellt werden, insbesondere unter Verwendung eines La serschweißprozesses und/oder durch Verwendung eines taktilen und/oder Remote Schweißprozesses. Das Verfahren 400 kann durch einen Computer und/oder Ser ver ausgeführt werden (z.B. unter Verwendung eines FE-Simulations- Softwareprogramms und/oder eines CAD (Computer Aided Design) Softwarepro gramms).
Das Verfahren 400 umfasst das Bereitstellen 401 eines FE-Modells 310 der Bau gruppe 110, wobei das FE- Modell 310 eine Menge von FEs 311 für die Schweiß naht 203 und zumindest eine Menge von FEs 311 für das erste und zweite Bauteil 201, 202 umfasst. Die Menge von FEs 311 für die Schweißnaht 203 kann eine li nienförmige 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 der art, dass durch eine Verformung (insbesondere eine Kontraktion) eines FEs 311 der Schweißnaht 203 eine Spannung und/oder eine Kraft in einem FE 311 des ers ten Bauteils 201 und/oder des zweiten Bauteils 202 bewirkt wird.
Außerdem umfasst das Verfahren 400 das Veranlassen 402 einer räumlichen Kon traktion der Menge von FEs 311 für die Schweißnaht 203. Die Kontraktion kann dabei entlang der linienförmigen Ausbreitung der Schweißnaht 203 erfolgen. Ins besondere kann veranlasst werden, dass die Länge der Schweißnaht 203 um einen bestimmten Kontraktionsfaktor reduziert wird. Die Reduzierung der Länge der Schweißnaht 203 kann (gleichmäßig) auf die einzelnen FEs 311 für die Schweiß naht 203 verteilt werden.
Das Verfahren 400 umfasst ferner das Simulieren 403 der Auswirkung der räumli chen 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. Insbesondere kann simuliert werden (mittels eines FE-Simulationsprogramms) welche Span nungen 331, 332 und/oder welche räumliche Veränderungen 321, 322 bei den ein zelnen FEs 311 des ersten Bauteils 201 und/oder des zweiten Bauteils 202 bewirkt werden.
Außerdem umfasst das Verfahren 400 das Prädizieren und/oder das Vorhersagen 404 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.
Durch das beschriebene Verfahren 400 kann in effizienter Weise (auch ohne Ver wendung 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 Bau gruppe 110 ein FE- Modell 310 ermittelt werden, bei dem die Kontraktion der Schweißnaht 203 zu einer reduzierten Verformung des ersten und/oder des zwei ten Bauteils 201, 202 führt. Das erste und/oder das zweite Bauteil 201, 202 kön- nen dann auf Basis des angepassten FE-Modells 310 gefertigt ist, so dass eine Baugruppe 101 mit reduzierten Verformungen herstellt werden kann.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele be schränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veran schaulichen sollen.

Claims

Ansprüche
1) Vorrichtung zur Vorhersage und/oder Reduzierung einer Verformung einer Baugruppe (110), die bei Herstellung zumindest einer Schweißnaht (203) zur Verbindung eines ersten Bauteils (201) und eines zweiten Bauteils (202) der Baugruppe (110) bewirkt wird; wobei die Vorrichtung eingerichtet ist,
- ein Finite Elemente, kurz FE, Modell (310) der Baugruppe (110) zu er mitteln und/oder bereitzustellen; wobei das FE-Modell (310) eine Menge von FEs (311) für die Schweißnaht (203) und eine Menge von FEs (311) für das erste und zweite Bauteil (201, 202) umfasst;
- eine räumliche Kontraktion der Menge von FEs (311) für die Schweiß naht (203) zu veranlassen;
- eine Auswirkung der räumlichen Kontraktion auf die Menge von FEs (311) für das erste und/oder das zweite Bauteil (201, 202) zu ermitteln; und
- auf Basis der Auswirkung auf die Menge von FEs (311) für das erste und/oder das zweite Bauteil (201, 202) eine räumliche Verformung des ersten Bauteils (201) und/oder des zweiten Bauteils (202) zu prädizie- ren.
2) Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei
- sich die Schweißnaht (203) linienförmig zwischen dem ersten Bauteil (201) und dem zweiten Bauteil (202) erstreckt; und
- die Menge von FEs (311) für die Schweißnaht (203) eine der Schweiß naht (203) entsprechende linienförmige Aneinanderreihung von FEs (311) umfasst.
3) Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrich tung eingerichtet ist,
eine räumliche Kontraktion um einen Kontraktionsfaktor zu bewirken; und - den Kontraktionsfaktor auf einzelne FEs (311) der Menge von FEs (311) für die Schweißnaht (203) anzuwenden; und/oder
- die räumliche Kontraktion gleichmäßig auf die Menge von FEs (311) für die Schweißnaht (203) zu verteilen.
4) Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrich tung eingerichtet ist,
- ein oder mehrere Referenzeigenschaften des ersten Bauteils (201) und/oder des zweiten Bauteils (202) zu ermitteln; und
- ein Ausmaß der zu veranlassenden Kontraktion, insbesondere einen Kontraktionsfaktor für die Kontraktion der Schweißnaht (203), auf Ba sis der ein oder mehreren Referenzeigenschaften des ersten Bauteils
(201) und/oder des zweiten Bauteils (202) zu ermitteln.
5) Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die ein oder mehreren Referenzeigen schaften umfassen,
- ein Material des ersten Bauteils (201) und/oder des zweiten Bauteils
(202); und/oder
- eine Materialstärke des ersten Bauteils (201) und/oder des zweiten Bauteils (202).
6) Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 5, wobei
- die Vorrichtung eingerichtet ist, das Ausmaß der zu veranlassenden Kontraktion anhand von vorbestimmten Kenndaten zu ermitteln; und
- die Kenndaten für eine Vielzahl von Kombinationen von unterschiedli chen ein oder mehrere Referenzeigenschaften eines ersten Referenz- Bauteils und/oder eines zweiten Referenz-Bauteils jeweils ein Ausmaß der zu veranlassenden Kontraktion anzeigen.
7) Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrich tung eingerichtet ist, wiederholt, - das FE-Modell (310) der Baugruppe (110) für das erste Bauteil (201) und/oder für das zweite Bauteil (202) anzupassen, um ein angepasstes FE-Modell (310) zu ermitteln;
- eine räumliche Kontraktion der Menge von FEs (311) für die Schweiß naht (203) des angepassten FE- Modells (310) zu veranlassen;
- eine Auswirkung der räumlichen Kontraktion auf die Menge von FEs (311) für das erste und/oder das zweite Bauteil (201, 202) des ange passten FE- Modells (310) zu ermitteln; und
- auf Basis der Auswirkung auf die Menge von FEs (311) für das erste und/oder das zweite Bauteil (201, 202) des angepassten FE- Modells (310) ein Ausmaß der räumlichen Verformung des ersten Bauteils (201) und/oder des zweiten Bauteils (202) zu ermitteln;
um ein optimiertes angepasstes FE-Modell (310) zu ermitteln, für das das Ausmaß der räumlichen Verformung des ersten Bauteils (201) und/oder des zweiten Bauteils (202) kleiner als ein vorbestimmter Verformungs-Schwellen wert ist.
8) Vorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, Kon struktionsdaten für das optimierte angepasste FE-Modell (310) der Baugruppe (110) bereitzustehen, die eine Herstellung des ersten Bauteils (201) und/oder des zweiten Bauteils (202) ermöglichen.
9) Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 8, wobei die Vorrichtung ein gerichtet ist, eine geometrische Form und/oder eine Materialeigenschaft des ersten Bauteils (201) und/oder des zweiten Bauteils (202) anzupassen, um das angepasste FE-Modell (310) zu ermitteln.
10) Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Menge von FEs (311) für die Schweißnaht (203) bereits zu Beginn einer FE Simula tion zur Ermittlung der Auswirkung der räumlichen Kontraktion auf die Menge von FEs (311) für das erste und/oder das zweite Bauteil (201, 202) die gesamte Schweißnaht (203) zwischen dem ersten Bauteil (201) und dem zwei ten Bauteil (202) beschreibt.
11) Verfahren (400) zur Vorhersage und/oder Reduzierung einer Verformung ei- ner Baugruppe (110), die bei Herstellung zumindest einer Schweißnaht (203) zur Verbindung eines ersten Bauteils (201) und eines zweiten Bauteils (202) der Baugruppe (110) bewirkt wird; wobei das Verfahren (400) umfasst,
- Bereitstellen (401) eines Finite Elemente, kurz FE, Modells (310) der Baugruppe (110); wobei das FE- Modell (310) eine Menge von FEs (311) für die Schweißnaht (203) und eine Menge von FEs (311) für das erste und zweite Bauteil (201, 202) umfasst;
- Veranlassen (402) einer räumlichen Kontraktion der Menge von FEs (311) für die Schweißnaht (203);
- Simulieren (403) einer Auswirkung der räumlichen Kontraktion auf die Menge von FEs (311) für das erste und/oder das zweite Bauteil
(201, 202); und
- Prädizieren (404) einer 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).
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