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      Computer Aided Simulation of Heat Treatment (C.A.S.H.) : Teil 4: Strategien zur Wärmebehandlungssimulation komplexer Stahlbauteile

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          Kurzfassung

          Die Simulation von Wärmebehandlungsprozessen wie dem Einsatzhärten wurde bis heute meist an einfachen Geometrien durchgeführt. In der industriellen Praxis besteht allerdings die Notwendigkeit, oft große, komplexe Geometrien zu berechnen. Dies ist mit dem heutigen Stand der Technik in einer vernünftigen Zeit nur beschränkt möglich. Strategien zur effizienten Berechnung von Wärmebehandlungsprozessen wurden daher erarbeitet und getestet. Eine dieser Strategien ist die Verwendung eines so genannten Baukastens, in dem wiederum drei Methoden zusammengefasst sind. Eine dieser Methode ist das “Submodelling“, bei dem lokale Geometrieelemente freigeschnitten und mit Randbedingungen aus einer vereinfachten Simulation des Gesamtbauteils beaufschlagt werden. Die zweite hier vorgestellte Strategie ist die “Substitutions-Methode“, bei der Geometrieelemente durch Elementschichten mit bestimmten Eigenschaften ersetzt werden, so dass das Gesamtverhalten identisch bleibt. Die dritte und letzte untersuchte Strategie ist die Methode der “lokalen Netzverfeinerung“, bei der lokale Geometrieelemente ein deutlich feineres Netz als das Gesamtbauteil aufweisen. Ausgewählte Ergebnisse der drei Strategien werden im Folgenden dargestellt und mit experimentell bestimmten Kennwerten hinsichtlich Gefügeverteilung, Spannungen und Maß- und Formänderungen an zwei komplexen Geometrien verglichen.

          Abstract

          The simulation of heat treatment processes like case hardening has been done mostly at easy model geometries up to now. In contrast to this there is the necessity from technical praxis to perform simulations on complex geometries, too, which cannot be done with today's workstations in reasonable time. Therefore, methods for the efficient simulation of heat treatments were developed and tested. One method developed is the use of a so called construction kit, which may be used in three different ways. The first is to simulate the regions of interest of a complex component after a simulation of a significantly simplified geometry of the whole part, which is only used to define boundary conditions for the regions of interest. The second strategy is to provide an easy means for the attachment of additional sub components to the main body by substituting the complete sub component by a small layer of elements with special properties. The last method is to use a coarse mesh for the whole geometry except for the regions of interest, which are meshed very finely. This also allows for an efficient simulation of the heat treatment of a complex component with special focus on a local feature. Selected results of simulations using these strategies will be presented, evaluated, and compared with experimentally determined distributions of phases, residual stresses, and distortions at two different complex components.

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          Author and article information

          Journal
          htmd
          HTM Härtereitechnische Mitteilungen
          Carl Hanser Verlag
          0341-101X
          2194-1831
          2006
          : 61
          : 1
          : 25-33
          Author notes

          Dipl.-Ing. Nicolas Trapp, geb. 1975, studierte von 1996 bis 2001 an der Universität Karlsruhe (TH) und an der Ecole Nationale Supérieure d'Arts et Métiers in Metz (F) Maschinenbau. Seit 2002 ist er als Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Werkstoffkunde I der Universität Karlsruhe (TH) tätig.

          Dipl.-Ing. Michael Fiderer, geb. 1970, studierte von 1990 bis 1996 an der Universität Stuttgart und an der Ecole Nationale Supérieure d'Arts et Métiers in Paris (F) Luft- und Raumfahrtechnik. Seit 1997 ist er als Technischer Berechner bei der Kistler-IGeL GmbH tätig.

          Dr. Jörn Lütjens, geb. 1971, studierte Physik an den Universitäten in Bremen, Gießen und Nantes (F). Die Promotion zum PhD erfolgte 2002 an der University of Surrey, Guildford (UK). Seit 2003 ist er als Wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Stiftung Institut für Werkstofftechnik in Bremen tätig.

          Dr.-Ing. Martin Ehlers, geb. 1968, studierte von 1989 bis 1994 an der TU Braunschweig Maschinenbau. Anschließend arbeitete er als Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Werkstoffkunde I der Universität Karlsruhe (TH). Von 2000 bis 2004 war er in der Forschung und Vorausentwicklung der Robert Bosch GmbH tätig. In 2005 erfolgte der Wechsel zu United Automotive Electronic Systems Co., Ltd. in Shanghai, China.

          Priv.-Doz. Dr.-Ing. habil. Volker Schulze, geb. 1965, studierte von 1985 bis 1990 an der Universität Karlsruhe (TH) Maschinenbau. Danach nahm er eine Stellung als Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Werkstoffkunde I der Universität Karlsruhe (TH) an. Nach seiner Promotion im Jahr 1993 blieb er an diesem Institut und ist dort heute Akademischer Oberrat und Leiter der Abteilung “Fertigung und Bauteilverhalten“. 2004 habilitierte er sich im Fach “Werkstoffkunde“.

          Vorgetragen von N. Trapp auf der 1 st IDE, 14.-16. September 2005 in Bremen und auf dem 61. Kolloquim für Wärmebehandlung, Werkstofftechnik, Fertigungs- und Verfahrenstechnik, 5.-7. Oktober 2005 in Wiesbaden.

          Article
          HT100361
          10.3139/105.100361
          © 2006, Carl Hanser Verlag, München
          Page count
          References: 7, Pages: 9
          Product
          Self URI (journal page): http://www.hanser-elibrary.com/loi/htme
          Categories
          Fachbeiträge/Technical Contributions

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