Gekoppelte mechanische und fluid-dynamische Simulationsmethoden zur Realisierung effizienter Produktionsprozesse (SPP 2231)
Termin:
14.04.2022
Fördergeber:
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
In nahezu allen Produktionsprozessen kommen Fluide als Kühlschmierstoff (KSS) zum Einsatz. Sie zählen neben der verwendeten Maschinentechnik, den Prozessstellgrößen, den Werkzeugen sowie den zu bearbeitenden Werkstoffen zu den elementaren Prozesseinflussgrößen. Ein detailliertes Verständnis über die Wirkmechanismen von KSS, insbesondere bei der Bearbeitung anspruchsvoller Materialien, ist daher für einen zielgerichteten und effizienten KSS-Einsatz von essenzieller Bedeutung. Mit experimentellen Methoden können jedoch die relevanten Längen- und Zeitskalen nur unzureichend analysiert werden, sodass die Entwicklung neuer Methoden zur Prozesssimulation erforderlich ist, um die komplexen Vorgänge beim Einsatz von Fluiden in Produktionsprozessen detailliert abbilden und deren Potenzial in der industriellen Anwendung ausschöpfen zu können. Nur mit diesem Verständnis lässt sich der überaus energie- und ressourcenintensive Einsatz von KSS zielgerichtet steuern und effizient gestalten.
Aus der geschilderten Problemstellung leitet sich als übergeordnete Zielsetzung des Programms ab, die erforderlichen Grundlagen durch interdisziplinäre Kooperation wissenschaftlich zu erarbeiten und gekoppelte mechanische und fluiddynamische Simulationsmethoden zu realisieren. Im Fokus stehen ausschließlich Produktionsprozesse, bei denen der KSS kühlende, schmierende und transportierende Funktionen, zum Beispiel von Spänen, Ladungsträgern, Abrasivmitteln oder Reaktionsprodukten, übernimmt.
Erste Phase (Grundlagen)
In der ersten Phase wurden grundlegende experimentelle und simulative Untersuchungen von Makro- und Mikrowirkmechanismen von KSS in Produktionsprozessen betrachtet, bei denen der KSS kühlende, schmierende und transportierende Funktionen übernimmt. So wurde geklärt, welche Randbedingungen zu betrachten sind und welche gegebenenfalls erforderlichen Vereinfachungen zu realitätsnahen mathematischen und strömungsmechanischen Ansätzen sowie 3-D-Modellierungsmethoden führen.
Zweite Phase (Erprobung)
In der zweiten Phase sollen die Ergebnisse und Modelle der ersten Phase auf simulationstechnische Anwendungen übertragen werden. Im Fokus stehen die Einflussanalyse, die Parameteridentifikation und die Validierung von Modellierungsansätzen. Des Weiteren sind die Kopplung von Struktur- und Strömungsmechanik (FEM, CFD, SPH) sowie die Modellierung von Fluid-Struktur-Interaktionen vorgesehen.
Dritte Phase (Anwendung)
In der dritten Phase sind die entwickelten Simulationsmethoden zur Werkzeug- und Prozessoptimierung einzusetzen, um basierend auf einem größeren Verständnis der Zusammenhänge und der komplexen Wechselwirkungen beim KSS-Einsatz zu effizienteren Produktionsprozessen zu gelangen. Zudem sollen rechenzeitreduzierte KSS-Strömungssimulationen zu einer ergebnisorientierten Fertigungsoptimierung führen und die Implementierung und Validierung entsprechender Methoden der Fluid-Struktur-Kopplung es erlauben, das volle Potenzial eines effizienten KSS-Einsatzes auszuschöpfen.
Weitere Informationen:
https://www.dfg.de/foerderung/info_wissenschaft/info_wissenschaft_21_115/index.html
Aus der geschilderten Problemstellung leitet sich als übergeordnete Zielsetzung des Programms ab, die erforderlichen Grundlagen durch interdisziplinäre Kooperation wissenschaftlich zu erarbeiten und gekoppelte mechanische und fluiddynamische Simulationsmethoden zu realisieren. Im Fokus stehen ausschließlich Produktionsprozesse, bei denen der KSS kühlende, schmierende und transportierende Funktionen, zum Beispiel von Spänen, Ladungsträgern, Abrasivmitteln oder Reaktionsprodukten, übernimmt.
Erste Phase (Grundlagen)
In der ersten Phase wurden grundlegende experimentelle und simulative Untersuchungen von Makro- und Mikrowirkmechanismen von KSS in Produktionsprozessen betrachtet, bei denen der KSS kühlende, schmierende und transportierende Funktionen übernimmt. So wurde geklärt, welche Randbedingungen zu betrachten sind und welche gegebenenfalls erforderlichen Vereinfachungen zu realitätsnahen mathematischen und strömungsmechanischen Ansätzen sowie 3-D-Modellierungsmethoden führen.
Zweite Phase (Erprobung)
In der zweiten Phase sollen die Ergebnisse und Modelle der ersten Phase auf simulationstechnische Anwendungen übertragen werden. Im Fokus stehen die Einflussanalyse, die Parameteridentifikation und die Validierung von Modellierungsansätzen. Des Weiteren sind die Kopplung von Struktur- und Strömungsmechanik (FEM, CFD, SPH) sowie die Modellierung von Fluid-Struktur-Interaktionen vorgesehen.
Dritte Phase (Anwendung)
In der dritten Phase sind die entwickelten Simulationsmethoden zur Werkzeug- und Prozessoptimierung einzusetzen, um basierend auf einem größeren Verständnis der Zusammenhänge und der komplexen Wechselwirkungen beim KSS-Einsatz zu effizienteren Produktionsprozessen zu gelangen. Zudem sollen rechenzeitreduzierte KSS-Strömungssimulationen zu einer ergebnisorientierten Fertigungsoptimierung führen und die Implementierung und Validierung entsprechender Methoden der Fluid-Struktur-Kopplung es erlauben, das volle Potenzial eines effizienten KSS-Einsatzes auszuschöpfen.
Weitere Informationen:
https://www.dfg.de/foerderung/info_wissenschaft/info_wissenschaft_21_115/index.html