B09: Parametrierung und kennfeldbasierte Korrektur

Parametrierung der Umgebungsrandbedingungen thermo-elastischer Modelle und Korrekturalgorithmen auf Basis hochdimensionaler Kennfelder

Teilprojektleiter/in

Dr.-Ing. Steffen Ihlenfeldt
Dr.-Ing. Janine Glänzel
Fraunhofer IWU Chemnitz

Das Teilprojekt wurde für Phase 2 neu beantragt.

Bereits in der frühen Entwicklungsphase von Werkzeugmaschinen ist es von Interesse, den Einfluss und die Auswirkung verschiedener Randbedingungen auf die Produktionsgenauigkeit zu kennen. In Phase 1 wurden hierfür Modelle zur simulativen Abbildung der Wechselwirkungen zwischen Maschine und Umgebung mit erstellt. Ein neuer Ansatz in Phase 2 ist die Weiterentwicklung von Kennfeldern zur Parametrierung der Umgebungsrandbedingungen. Strömungssimulationen werden eingesetzt, um die Kenngrößen zur Bestimmung der thermischen Wechselwirkungen transient für thermo-elastische Simulationen zu quantifizieren und geclustert als Kennfelder zu übergeben. Ziel ist die Entkopplung von Strömungs- und strukturmechanischer Simulation, um Variantenrechnungen online zu ermöglichen. Erweiterte Messmethoden an einer Demonstratormaschine in der Thermozelle des Fraunhofer IWU dienen der Verifizierung von Simulationen und Korrekturverfahren.
Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der Erweiterung der Kennfeldmethodik zur Korrektur der TCP-Verlagerung aus Temperaturfeldern von Werkzeugmaschinen. Anknüpfend an Phase 1 ist die Gitterstruktur der Kennfelder durch den Einsatz adaptiver Netzverfeinerung zur Rechenzeitreduzierung zu optimieren.

Arbeitsprogramm

  • Entwicklung von Methoden zur Clusterung der Kenngrößen der Umgebungsrandbedingungen
  • Erweiterung und Erprobung der Kennfeldberechnung für variable Gitter und Einbindung adaptiver FEM
  • Modellbildung für thermische Einflüsse unter Einbeziehung der Übergangs- und Randbedingungen aus der Strömungssimulation für erzwungene Konvektion
  • Entwicklung von Methoden zur Parameteridentifikation und -verifikation für transiente Umgebgungsrandbedingungen
  • Sensitivitätsanalyse hinsichtlich Wärmeübergang und Wärmestrahlung
  • Entkopplung CFD- und strukturmechanische Simulation durch die Übergabe von Kennfeldern
  • Abgleich der thermo-elastischen FE-Modellparameter mit Experimenten