Komplexe FEM-Simulation von Rohrbiegevorgängen

Ziel des Forschungsvorhabens war eine Verbesserung der Modellbildung, die Abschätzung und Verbesserung der Genauigkeit in der Simulation von Rohrbiegevorgängen und die Untersuchung der Einflüsse ausgewählter Parameter auf die in der Regel im Zielkonflikt stehenden Ergebnisgrößen Wanddickenreduzierung und Ovalisierung. Ein optimiertes Modell wurde entwickelt. Als Projektergebnis ist die Möglichkeit des Verzichts auf eine Spannbacke und des Einsatzes von Schalenelementen in der Simulation zu nennen. Die Verwendung eines Modells mit Volumenelementen ist nicht erforderlich. Ebenso wurde der Einfluss von Parametern aus der Finiten- Element- Methode deutlich gemacht. Dabei konnte beispielsweise gezeigt werden, dass die Rechenzeit nicht nur von der Anzahl der Elemente abhängig ist, sondern auch die Ausrichtung des Netzes die Rechenzeit beeinflusst. Weitere Einflussfaktoren sind die Anzahl der Elemente und die Verwendung eines impliziten oder expliziten Codes. Ein weiteres Ergebnis der Untersuchungen ist die Empfehlung, den Biegeprozess immer vollständig zu simulieren. Bereits kleine Änderungen in den geometrischen Parametern können zu merklichen Unterschieden in der Wanddicke führen. Auch wird bei Einschrittverfahren in der Simulation die Ovalisierung nicht berücksichtigt. Die Ovalisierung kann jedoch bei späteren Simulationen wichtig sein. Im Verlauf der Auswertung der numerischen und experimentellen Untersuchungen konnte festgestellt werden, dass nicht alle für die Veränderung der Wanddicke auch automatisch für eine Veränderung der Ovalisierung verantwortlich sind. Ergänzend wurden außerdem noch die sich aus dem Prozess ergebenden Längenänderungen der Rohre untersucht. In der Regel fielen die Änderungen am Außenbogen zu lang aus und am Innenbogen ergaben sich zu starke Stauchungen. Die Untersuchung der Prozesswärme ergab eine nicht kritische Temperatur während des Biegens. Damit ist geklärt, dass für die Simulation quasistatische Materialparameter ausreichend sind und nicht ein Modell unter Berücksichtigung der Prozesswärme und der daraus resultierenden Erhöhung der Rechenzeit zwingend erforderlich ist. Insgesamt konnte die Genauigkeit der Simulation mit Schalenelementen nachgewiesen und verbessert beziehungsweise die vorhandenen Abweichungen quantitativ erfasst werden. Damit erhöht sich für den Anwender die Sicherheit im Umgang mit dem Werkzeug FEM. Außerdem bietet sich für ihn die Möglichkeit einer verbesserten Einschätzung seiner Ergebnisse und der Festlegung der für einen guten Biegeprozess notwendigen Modellparameter.