SB_14.814B

Modell als auch in den verifizierenden Experimenten mittels Wärmestrahlung über
die Bauteiloberfläche und Wärmeleitung im Inneren des Bauteils erwärmt. Aus den
Simulationsstudien resultierte als Ergebnis der Einfluss unterschiedlicher Abkühlraten
auf die Verformung und den Eigenspannungszustand der einzelnen Segmente
sowie Konstruktionsempfehlungen beispielsweise bezüglich der Kühlkanalgeometrie.
Unter Berücksichtigung der temperaturabhängigen Werkstoffdaten und durch das
Implementieren von phasenabhängigen Werkstoffkennwerten wurden in den Studien
die lokalen Eigenspannungen berechnet, so dass die Rissbildung an den Kühlkanälen
vorhergesagt werden kann. Die durch die Simulation ermittelten Ergebnisse
wurden durch experimentelle Untersuchungen bestätigt. Des Weiteren wurde
ausgehend von der Simulation die Geometrie der Kühlkanäle verändert, um den
Verzug sowie die Eigenspannungen zu minimieren. In Abb. 2.1 werden die wichtigsten
Arbeitsschritte während des Forschungsvorhabens dargestellt.
Werkstoffeigenschaften:
α ( T );
ν ( T );
E ( T );
λ ( T );
ρ T ; C T ; ε T ; T
( ) ( ) ( ) ( )
p
σ f
- Randbedingungen
- Temperatur-Zeit-Zyklus
- Lötspaltbreite
CAD System
CATIA, Parasolid
Pro/Engineer, Unigraphics,.
Thermische Analyse:
- Berechnung der Temperaturverteilung
T x,
y,
z,
t
LDREAD
Strukturanalyse:
σ , ε =
( )
( x,
y,
z,
T t)
f ,
Experimentelle
Untersuchungen
Abb. 2.1: Vorgehensweise zur Modellierung des Lötprozesses
Die Modellierung des Lötprozesses wird mit Hilfe des kommerziellen FEM-Codes
ANSYS (Version 10 bzw. 11) durchgeführt.
Die Berechnungen des Temperatur- und Spannungsfeldes erfolgen thermomechanisch
entkoppelt, d.h. die thermische und die mechanische Analyse werden in
getrennten Durchläufen ermittelt. Als erstes wird die Temperaturfeldberechnung
durchgeführt. Die thermischen Ergebnisse und die vernetzten Geometrien sind
Eingangsgrößen für die Strukturanalyse. Weiterhin werden bei der mechanischen
Berechnung zusätzliche Randbedingungen berücksichtigt, insbesondere die
Einspannung des Bauteils. Sowohl in der thermischen als auch in der mechanischen
Analyse werden die Lötkomponenten homogen und isotrop betrachtet.
Die Berechnung des Verzuges und der Eigenspannungen erfolgt transient, wobei die
lokalen Temperaturen als Knotenlast implementiert werden. Die abgespeicherten
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