PressSIM - Simulation des thermischen Verhaltens von Werkzeugen beim Pressharten

Presshärten ist ein Blechumformverfahren zur Herstellung von Bauteilen mit höchstfesten Eigenschaften. Vor allem in der Fahrzeugtechnik sind entsprechende Komponenten in Form von crashrelevanten Strukturbauteilen im Einsatz. Die Festigkeit dieser Bauteile wird im We- sentlich durch einen geregelten Abkühlvorgang des erhitzten Bauteils nach der Umformung bestimmt. Die Charakteristik des Abkühlvorganges wird dabei maßgeblich von der Oberflä- chentemperatur der Umformwerkzeuge bestimmt, welche für eine Optimierung des Prozesses bekannt sein müssen. Dazu sind in der jüngeren Vergangenheit zahlreiche Simulationsmo- delle entwickelt worden, welche jeweils einen bestimmten Teilprozess des Presshärtens ab- bilden. Zur Abbildung des Gesamtprozesses müssen aufgrund der Modellkomplexität jedoch starke Vereinfachungen getroffen werden wie z.B. die Annahme einer homogenen Werkzeug- Oberflächentemperatur. Derzeit existiert keine effizient einsetzbare Methode um diese Annah- men durch eine exakte Berechnung oder eine Simulation zu ersetzen. Im vorliegenden Projekt soll die Wärmeleitung im Werkzeug durch die Randelementmethode (Boundary Element Method, BEM) berechnet werden. Dieses numerische Verfahren ist sehr gut geeignet lineare Modelle wie die der Wärmeleitung zu simulieren. Der für den vorliegen- den Fall wichtigste Aspekt ist, dass die BEM nur ein Oberflächennetz benötigt, welches sich für komplizierte Bauteile wesentlich schneller als ein Volumennetz erstellen läßt. Auch ist die Genauigkeit der BEM bei vergleichbaren Diskretisierungen höher als bei volumenbasierten Verfahren. Dies trifft insbesondere auf die sekundären Variablen wie den Wärmefluss zu. Die BEM kann für diese Anwendung jedoch nicht in ihrer Ursprungsform benutzt werden, sondern muss mit Techniken wie Fast Multipole oder Adaptive Cross Approximation (ACA) in ihrer Effizienz gesteigert werden. Die Anwendung dieser numerischen Techniken für die instationäre Wärmeleitung ist Gegenstand des beantragten Projekts. Allerdings ist die zu ent- wickelnde Methodik am Experiment zu validieren und mit realen Bauteilen zu testen. Das heißt, es ist nicht das Ziel nur akademische Testbeispiele zu rechnen, sondern das Verfahren für den industriellen Einsatz vorzubereiten.