Dr. Tobias Loose Schweißsimulation FabWeld Fertigungssimulation Welding Simulation Dr. Loose GmbH

VrSuite

Virtual Visualisaton

and optimisation for

Welding and Heat Treatment

Goldak Schweißsimulation VrSuite VrWeld Wärmebehandlungssimulation Dr. Loose

Über 40 Jahre wissenschaftliche Arbeit sind in einem leistungsstarken Simulationswerkzeug vereint, das von Goldak Technologies Inc. in Ottawa, Kanada speziell für Schweißen, Wärmebehandlung und Gießen entwickelt wurde.


"The primary aim of the work is to transfer this technology from the research specialists who are devoleloping it to the engineers who must apply it in the design and production of welded structures" [Goldak 1985].
"Das Hauptziel der Arbeit besteht darin, diese Technologie von den Forschern, die sie entwickeln, auf die Ingenieure zu übertragen, die sie bei der Konstruktion und Durchführung von Schweißkonstruktionen einsetzen müssen" [Goldak 1985].


Diese Vision von John Goldak führt zu einer vom Designer gestützten Software, die die Hauptprobleme und Anforderungen an den numerischen Code eines Fertigungssimulations-Tools erfüllt:

  • extrem leistungsstark - schnelle Simulationsergebnisse
  • sehr robust - jede Simulation führt zu Ergebnissen
  • hohe Präzision - hohe Ergebnisqualität

all dies in Kombination mit einer leicht bedienbaren Benutzeroberfläche, die möglichst viele Schritte automatisiert.


Goldak - VrSuite enthält folgende Module:

  • VrHeatTreat für die Wärmebehandlungsanalyse einschließlich Einsatzhärten
  • VrWeld für die Schweißanalyse einschließlich gekoppelter Prozess- und Strukturanalyse
  • VrFrac für die Bruchmechanik, um Ermüdungs- oder Rissrisiken vorherzusagen
  • VrOptimizer für die Reduzierung von Schweißverzug und Schweißeigenspannungen


Goldak Vr-Suite berücksichtigt sämtliche zur Berechnung erforderlichen physikalischen Phänomene. Das komplexe System wird von verschiedenen gekoppelten und parallelen Solvern in einer vollständig transienten 3D-Berechnung gelöst:

  • Thermische Analyse
  • Schmelzbad-Entstehung und Berechnung des Wärmeeintrags
  • Mikrostruktur, Härte, Phasentransformationen, Erstarrung
  • Mechanische Analyse - Spannungen, Dehnungen, Verformung
  • Diffusionseffekte - Aufkohlung

erweitert um eine Simulation auf der Mikro-Skala zur Mikrostruktur- und

Ermüdungsanalyse sowie zur Optimierungsanalyse.


Der VrSuite Code verwendet GPU-Technologie.


Die Ergebnisse können als Ausgangszustand für den nächsten Simulationsschritt in sämtlichen Modulen verwendet werden. Darüber hinaus können Berechnungsergebnisse unterschiedlicher externer Softwarelösungen importiert werden. Ebenfalls besteht die Möglichkeit die VrSuite-Ergebnisse für diverse Solver zu exportieren. Dies ermöglicht letztlich die Prozesskettensimulation, die für Fertigungssimulationen unerlässlich ist.

VrWeld

In der Regel greift die Schweißsimulation auf kommerzielle Multi-physics Codes zurück, die um schweißspezifische Zusatzfunktionen erweitert werden. Der Overhead, den solche erweiterten Codes in der Schweißsimulation mitführen, führt schnell zu sehr langsamen und instabilen Berechnungen. Bei VrWeld ist das grundlegend anders: dieser Code ist von John Goldak und seinem Team von Anbeginn für die speziellen Anforderungen der Schweißsimulation entwickelt und optimiert worden.

Jedes physikalisch eigenständige Aufgabengebiet wird durch einen eigenständigen Solver angesteuert. Dies steigert die Performance.

Goldak Vr-Weld ist ein in sich geschlossenes Simulationstool. Ausgehend von der CAD-Geometrie Ihrer Bauteile, der Schweißanweisung (WPS) und des Schweißfolgeplans erstellen Sie in VrWeld das Berechnungsmodell für den Schweißzusammenbau aller möglichen Schweißkonstruktionen. Dabei können Sie Berechnungsmodelle für die Gesamtstruktur erstellen:

  • Verformung
  • Temperatur
  • Eigenspannungen
  • globale Gefüge und Härteverteilung

sowie Teilmodelle für die Schweißprozessimulation oder Mikromodelle für die Mikrostruktursimulation:

  • Schmelzbadausbildung
  • Gefüge,
  • Diffusion,
  • Kornwachstum, Erstarrung
  • Werkstoffsimulation und Berechnung von Fließkurven


VrWeld ist sowohl für einlagige als auch für mehrlagige Schweißkonstruktionen ausgelegt. VrWeld ist die einzige Schweißsoftware, die für das Mehrlagenschweißen automatisierte Vernetzungstools für den Schweißzusatzwerkstoff hat. Ausgehend von den Parametern der Schweißanweisung werden die Nahtquerschnitte der einzelnen Raupen flächengenau nachgebildet. Darüber hinaus können Sie mit Hilfe der neuen Goldak Wärmequelle WeldPoosQS die Raupengeometrie einer Mehrlagennaht vorausberechnen und in Ihr Simulationsmodell einbinden:


VrWeld zeichnet sich durch stabile und schnelle Berechnung von Schweißmodellen auf. Insbesondere mehrlagige Schweißnähte, Auftragsschweißungen mit vielen Raupen oder Reparaturschweißungen sind für VrWeld keine große Herausforderung - weder in der Modellerstellung noch in der Berechnung - dank speziellem Subdomain Algorithmus und GPU Unterstützung.

VrWeld enthält eine Materialdatenbank für viele gängige Stahl- und Aluminiumlegierungen. Anwenderspezifische Daten können ergänzt werden oder mit der integrierten Werkstoffsimulation berechnet werden.

VrHeatTreat

Wärmebehandlung: das ist Metallurgie, Diffusion, Thermik, Mechanik und Gefügeumwanldung die gekoppelt und interagierend während des Prozesses ablaufen.


Die Idee von John Goldak: Eine Simulationssoftware muß diese Phänomene in sich geschlossen abbilden können. Mit VrHeatTreat haben Goldak und sein Team dies umgesetzt.

Prozesse:


  • Blindhärten / Abschrecken
  • Einsatzhärten


Abschreckmedien:


  • Ölabschreckung
  • Wasserabschreckung
  • Luftabschreckung


Wesentliche Funktionalitäten:


  • 3D Transiente Berechnung ausgehend von CAD Daten und der Ofenkurve
  • Automatische adaptive Hexaedervernetzung für höhste Ergebnisqualität
  • Integrierte Werkstoffsimulation
  • Mikrostruktursimulation
    Aufkohlungssimulation - Kohlenstoffdiffusion
  • Einhärtetiefe und Härteberechnung
  • Berechnung von Wärmeverzug und Eigenspannungen




Der Aufbau des komplexen Simulationsmodells erfolgt weitestgehend automatisiert. Wesentliche Zeitersparnis bringt dabei der speziell für das Wärmebehandlungsproblem entwickelte Vernetzungsalgorithmus von VrHeatTreat. Damit ist es dem Anwender möglich, in weniger als einer Stunde Berechnunsgmodelle für Zahnräder zu erstellen.



Die Werkstoffeigenschaften werden über die Chemische Analyse erfasst. Die Kohlenstoffverteilung im Werstück wird mit Diffusionssimulation bestimmt. Davon ausgehend berechnet VrHeatTreat die Mikrostrukturumwandlung und bestimmt die Festigkeitsänderung der aufgekohlten Zone.



Mit VrHeatTreat können sie die Geometrie auf minimalen Wärmeverzug optimieren, die Einhärtetiefe bestimmen und überprüfen, ob die Aufkohlung auch ein einspringenden Kanten und Ecken wie gewünscht erfolgt.

Validierung

Wärmeverzug und Eigenspannungen

VrOptimizer

Kann man ohne Verzug Schweißen?
Kann man Schweißen ohne dass Eigenspannungen verbleiben?


Ja, das ist mit VrOptimizer möglich.

Einige Forscher haben untersucht wie durch zusätzliche Wärmequellen, zusätzliche Kühlquellen oder metallurgisch speziell arbeitender Zusatzwerkstoff der Verzug einer einzelnen Naht vollständig kompensiert werden kann. Lage und Leistung der Zusatzquelle ist entscheidend. Nur eine bestimmte Position der Zusatzquelle und eine definierte Leistung führen zum Erfolg.


Es gibt eine Vielzahl möglicher Parametereinstellungen - Die "Try and Error" Methode hilft dabei wenig. Um dieses Optimierungsproblem zu lösen haben John Goldak und sein Team VrOptimizer entwickelt. VrOptimizer liegt ein effizienter Optimierungalgorithmus nach Kriging zugrunde mit dem es gelingt bereits aus einer geringen Anzahl berechneter Varianten zum Ziel zu kommen [1].


Mit VrOptimizer sind Sie in der Lage Ihren Schweißprozeß nahezu verzugsfrei und eigenspannungsarm auszulegen.



[1]: Tschernov, S. ; Goldak, J.: Can a weld in welded structure be made with zero residual stress? In: Proceedings of the ASME 2015 Pressure Vessels & Piping Division Conference, 19.-23.7.2015, Boston, Massachusetts, USA

VrOptimize verzugsfrei schweissen
VrOptimize verzugsfrei schweissen

VrFrac

Schweißverbindungen sind kritische Stellen einer Konstruktion und oft die Bereiche an denen eine Konstruktion versagt. Wechselnde Beanspruchungen führen auf gleichem Lastniveau dabei zu eher höheren Schädigung als statische Beanspruchungen.


MitVrFrac berechnen Sie den Rißfortschritt bei dynamischer Belastung.


Bei Schweißverbindungen überlagern sich Schweißeigenspannungen mit den Lastspannungen. Die Schnittstelle zwischen VrFrac und VrWeld gestattet die ganzheitliche Betrachtung des Problems. Am 3D Modell wird mit der Schweißstruktursimulation der Eigenspannungszustand berechnet und auf das lokale Modell für die Ermüdungsanalyse übertragen. Die lokalen Lastspannungen werden aus dem aufgebrachten Lastkollektiv ermittelt. Über den Schädigungsalgorithmus erfolgt die Berechnung der Rißentstehung und des Rißfortschritts.


Mehr Infos: Fracture mechanics you can understand

Bruchmechanik, Ermüdung Fatique

Systemvoraussetzung

Linux 64 Bit, Windows, 64 Bit

Grafikkarten mit CUDA-Cores
Bildschirmauflösung 1920 x 1080 Pixel

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