TY - GEN A1 - Schwenk, Christopher A1 - Tikhomirov, D. T1 - Standardisierung der numerischen Schweißsimulation N2 - Für die Abgrenzung der Anwendbarkeit verschiedener Methoden der numerischen Schweißsimulation sowie für die Vereinheitlichung der Voraussetzungen und der durchzuführenden Schritte bei der Simulation sind normative Regelwerke für den Anwender erforderlich. Da es derzeit noch keine normähnlichen Dokumente auf diesem Gebiet gibt, wurde vom DIN der Arbeitsausschuss NA 092-00-29-A "Schweißsimulation" gegründet, welcher sich mit der Erarbeitung der entsprechenden Dokumente befasst. Dieses Gremium wurde gemeinsam mit dem Gemeinschaftsausschuss FA 12 "Anwendungsnahe Schweißsimulation" der Forschungsvereinigung des DVS initiiert. Das Ziel der Normungsarbeit im Bereich der numerischen Schweißsimulation besteht in der Erarbeitung einer DIN SPEC, die die Vorgehensweisen bei der Simulation verschiedener Schweißphänomene und -verfahren langfristig standardisieren soll. In einem durch den genannten Arbeitsausschuss bereits vorbereiteten Entwurf der DIN SPEC 32534-1 wurde die Struktur des Hauptdokuments festgelegt. Im Hauptdokument sind die Anwendungsbereiche und die wesentlichen Begriffe der Schweißsimulation spezifiziert. Des Weiteren wurde die allgemein gültige Simulationsstruktur erarbeitet, welche als Empfehlung für den Auftraggeber und den Auftragnehmer bei der Formulierung und Abwicklung eines Dienstleistungsauftrages sowie für den Neueinstieg in die Schweißsimulation dienen soll. Den Schwerpunkt stellt die Vorstellung der neuen DIN SPEC mit der Erläuterung der wesentlichen Simulationsschritte dar. Im Weiteren wird auf die Klassifizierung der Unterdokumente in Abhängigkeit des Schweißverfahrens und des angestrebten Simulationsergebnisses eingegangen. Schließlich wird ein Ausblick auf die weiteren Themenfelder des Arbeitsausschusses NA 092-00-29-A "Schweißsimulation" sowie auf die internationalen Aktivitäten auf diesem Gebiet gegeben. T2 - DVS Congress 2011 - Große Schweißtechnische Tagung CY - Hamburg, Deutschland DA - 27.09.2011 PY - 2011 SN - 978-3-87155-267-0 VL - 275 SP - 21 EP - 26 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-24558 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Pittner, Andreas A1 - Weiß, D. A1 - Schwenk, Christopher A1 - Rethmeier, Michael T1 - Fast temperature field generation for welding simulation and reduction of experimental effort N2 - The quality of welding processes is governed by the occurring induced distortions yielding an increase in production costs due to necessary reworking. Especially for more complex specimens, it is difficult to evaluate the optimal configuration of welding sequences in order to minimize the distortion. Even experienced welding operators can solve this task only by trial and error which is time and cost consuming. In modern engineering the application of welding simulation is already known to be able to analyse the heat effects of welding virtually. However, the welding process is governed by complex physical interactions. Thus, recent weld thermal models are based on many simplifications. The state of the art is to apply numerical methods in order to solve the transient heat conduction equation. Therefore, it is not possible to use the real process parameters as input for the mathematical model. The model parameters which allow calculating a temperature field that is in best agreement with the experiments cannot be defined directly but inversely by multiple simulations runs. In case of numerical simulation software based on finite discretization schemes this approach is very time consuming and requires expert users. The weld thermal model contains an initial weakness which has to be adapted by finding an optimal set of model parameters. This process of calibration is often done against few experiments. The range of model validity is limited. An extension can be obtained by performing a calibration against multiple experiments. The focus of the paper is to show a combined modelling technique which provides an efficient solution of the inverse heat conduction problem mentioned above. On the one hand the inverse problem is solved by application of fast weld thermal models which are closed form solutions of the heat conduction equation. In addition, a global optimization algorithm allows an automated calibration of the weld thermal model. This technique is able to provide a temperature field automatically that fits the experimental one with high accuracy within minutes on ordinary office computers. This fast paradigm permits confirming the application of welding simulation in an industrial environment as automotive industry. On the other hand, the initial model weakness is compensated by calibrating the model against multiple experiments. The unknown relationship between model and process parameters is approximated by a neural network. The validity of the model is increased successively and enables to decrease experimental effort, For a test case, it is shown that this approach yields accurate temperature fields within very short amount of time for unknown process parameters as input data to the model contributing to the requirement to construct a substitute system of the real welding process. KW - Heat flow KW - Neural networks KW - Simulating KW - Temperature KW - Welding PY - 2011 SN - 0043-2288 SN - 1878-6669 VL - 55 IS - 09-10 SP - 83 EP - 90 PB - Springer CY - Oxford AN - OPUS4-24603 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Tang, Z. A1 - Schempp, Philipp A1 - Seefeld, T. A1 - Schwenk, Christopher A1 - Vollertsen, F. T1 - Kornfeinung beim WIG- und Laserstrahlschweißen von Aluminiumlegierungen N2 - Die Kornfeinung beim Schweißen ist mit einem Übergang von groben, stängeligen Körnern zu kleineren, globulitischen Körnern im Schweißgut verbunden. Die Feinung der Korngröße und Form führt sowohl zu einer wesentlichen Verbesserung der Schweißeignung als auch zu verbesserten mechanischen Eigenschaften. Heute gebräuchliche Schweißzusatzwerkstoffe enthalten zum Teil bereits geringe Mengen kornfeinender Zusätze, deren Wirksamkeit jedoch von einer Reihe weiterer Randbedingungen abhängt. Durch Zugabe definierter Mengen an Keimbildnern (AlTi5B1) in das Schmelzbad wurde die Abhängigkeit der Korn-größe und –form vom Titan/Bor-Gehalt untersucht. Weiterhin wurde der zur vollständigen Kornfeinung notwendige Mindestgehalt an Keimbildner für unterschiedliche Legierungen und unter unterschiedlichen Schweißbedingungen, sowohl beim WIG-Schweißen als auch beim Laserstrahlschweißen bestimmt. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Korngröße im Schweißgut bis auf ein Minimum von ca. 20µm verringern lässt und zugleich der Anteil der globulitischen Körner zunimmt. Der Mindestgehalt an Keimbildner für vollständige Korn-feinung hängt stark von Schweißgeschwindigkeit und Legierungszusammensetzung ab. Der Einfluss der Kornfeinung auf die Festigkeit, Duktilität sowie die Heißrissempfindlichkeit der Schweißverbindungen wird an ausgewählten Bespielen aufgezeigt. T2 - DVS Congress 2011 - Große Schweißtechnische Tagung CY - Hamburg, Deutschland DA - 27.09.2011 KW - Kornfeinung KW - WIG-Schweißen KW - Laserstrahlschweißen KW - Aluminium PY - 2011 SN - 978-3-87155-267-0 VL - 275 SP - 153 EP - 160 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-24607 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schempp, Philipp A1 - Schwenk, Christopher A1 - Rethmeier, Michael A1 - Cross, C.E. T1 - Weld metal grain refinement of aluminium alloy 5083 through controlled additions of Ti and B N2 - Kornfeinung im Schweißgut kann die mechanischen Eigenschaften der Schweißnaht und die Schweißeignung des Grundwerkstoffs deutlich verbessern. Eine Möglichkeit korngefeintes Schweißgut zu erreichen, ist das Versetzen des Schmelzbades mit kornfeinenden Mitteln. In dieser Studie wird gezeigt wie Titan- und Borzusätze Korngröße und -struktur von WIG-Schweißnähten der Al-Legierung 5083 (Al Mg4,5Mn0,7) beeinflussen. Dazu wurden in einem Gießprozess stäbchenförmige Einlagen hergestellt, die aus Grundwerkstoff und definierten Zusätzen der Kornfeinungslegierung Al Ti5B1 bestanden. Sie wurden als Ersatz für einen Schweißzusatzwerkstoff in einer Nut im Grundwerkstoff untergebracht und im WIG-Verfahren überschweißt. Durch die Steigerung des Titan- und Borgehalts im Schweißgut konnte dessen mittlere Korngröße deutlich verringert werden. Außerdem wurde eine Änderung der Kornstruktur beobachtet. Die Ergebnisse können als Grundlage genutzt werden, um die empfohlene chemische Zusammensetzung von Schweißzusätzen für Lichtbogenschweißen von Aluminium anzupassen. KW - Aluminium-Legierung 5083 KW - Kornfeinung KW - WIG-Schweißen PY - 2011 DO - https://doi.org/10.3139/120.110265 SN - 0025-5300 VL - 53 IS - 10 SP - 604 EP - 609 PB - Hanser CY - München AN - OPUS4-24654 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Heinze, Christoph A1 - Schwenk, Christopher A1 - Rethmeier, Michael ED - Zoch, H.-W. ED - Lübben, T. T1 - Influences on the result quality of numerical calculation of welding-induced distortion N2 - The present investigations cover different relevant influences on the numerical calculation of welding-induced distortion. Therefore, a single-layer pulsed gas metal arc (GMA) weld of structural Steel S355J2+N with a thickness Öf5 mm is experimentally and numerically investigated. The influences of mesh density, tack-welds, and continuous cooling transformation (CCT) diagrams on welding-induced distortion are studied. The quality and quantity of These effects are clarified based on the used experimental and numerical set up. The occurring differences between the investigated cases achieve significant values. Consequently, prediction of welding-induced distortion can be improved considering the present investigations. T2 - IDE 2011 - 3rd International conference on distortion engineering 2011 CY - Bremen, Germany DA - 14.09.2011 KW - Welding simulation KW - Welding-induced distortion KW - Mesh analysis KW - Tack welding KW - Continuous cooling transformation behaviour PY - 2011 SN - 978-3-88722-724-1 SP - 277 EP - 285 AN - OPUS4-24363 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Roeren, S. A1 - Schwenk, Christopher A1 - Rethmeier, Michael ED - H.K.D.H. Bhadeshia, ED - H. Cerjak, ED - E. Kozeschnik, T1 - Different approaches to model clamping conditions within a welding simulation PY - 2007 SN - 978-3-902465-69-6 SP - 1093 EP - 1106 CY - Graz, Austria AN - OPUS4-16489 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Heinze, Christoph A1 - Schwenk, Christopher A1 - Rethmeier, Michael A1 - Caron, J. T1 - Numerical sensitivity analysis of welding-induced residual stress depending on variations in continuous cooling transformation behavior N2 - The usage of continuous cooling transformation (CCT) diagrams in numerical welding simulations is state of the art. Nevertheless, specifications provide limits in chemical composition of materials which result in different CCT behavior and CCT diagrams, respectively. Therefore, it is necessary to analyze the influence of variations in CCT diagrams on the developing residual stresses. In the present paper, four CCT diagrams and their effect on numerical calculation of residual stresses are investigated for the widely used structural steel S355J2 + N welded by the gas metal arc welding (GMAW) process. Rather than performing an arbitrary adjustment of CCT behavior, four justifiable data sets were used as input to the numerical calculation: data available in the Sysweld database, experimental data acquired through Gleeble dilatometry tests, and TTT/CCT predictions calculated from the JMatPro and Edison Welding Institute (EWI) Virtual Joining Portal software. The performed numerical analyses resulted in noticeable deviations in residual stresses considering the different CCT diagrams. Furthermore, possibilities to improve the prediction of distortions and residual stress based on CCT behavior are discussed. KW - Welding simulation KW - GMAW KW - CCT sensitivity KW - Welding residual stress PY - 2011 DO - https://doi.org/10.1007/s11706-011-0131-7 SN - 1673-7377 SN - 1673-7482 VL - 5 IS - 2 SP - 168 EP - 178 PB - Springer ; [Beijing] : Higher Education Press CY - Secaucus, N.J. ; Heidelberg AN - OPUS4-23835 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - THES A1 - Schwenk, Christopher T1 - FE-Simulation des Schweißverzugs laserstrahlgeschweißter dünner Bleche Sensitivitätsanalyse durch Variation der Werkstoffkennwerte N2 - Der Hauptaspekt der vorliegenden Dissertation ist die Sensitivitätsanalyse der FE- Schweißsimulation, basierend auf einer Variation der Werkstoffkennwerte, sowie deren Einfluss auf das transiente Temperaturfeld und die Verzüge. Dabei wird das Streuband der Werkstoffkennwerte für den gesamten Temperaturbereich sowie für diskrete Temperaturintervalle, die aus der Metallurgie und den experimentellen Randbedingungen abgeleitet sind, betrachtet. Die Untersuchung findet an drei verschiedenen Legierungen statt, welche zurzeit gebräuchliche Werkstoffe im Automobilbau innerhalb der folgenden Hauptlegierungsgruppen darstellen: • hochfester Dualphasenstahl • austenitischer Chrom-Nickel-Stahl • aushärtbare Aluminiumlegierung Die betrachteten Kennwerte sind Wärmeleitfähigkeit, spezifische Wärmekapazität und Dichte sowie E-Modul, Dehngrenze, thermische Dehnung, Querkontraktionszahl und Verfestigungsverhalten. Die Untersuchungen zeigen den großen Einfluss der spezifischen Wärmekapazität und der Dichte auf das berechnete Temperaturfeld und die anschließend ermittelten Verzüge. Mit Blick auf die thermomechanischen Kennwerte werden die Verzüge hauptsächlich von der thermischen Dehnung, dem E-Modul und der Dehngrenze beeinflusst. Die wichtigen thermophysikalischen und thermomechanischen Kennwerte werden für alle drei Legierungen gemessen. Diese sehr genauen Daten werden für eine Simulation ohne die möglichen Fehlerquellen der Streuung der Werkstoffkennwerte verwendet. Die Daten der Werkstoffkennwerte werden dann entsprechend der bekannten Streubänder variiert um die Sensitivität der simulierten Temperaturzyklen und Verzüge zu ermitteln. Die Berechnungsergebnisse werden über Schweißversuche an ebenen Platten mit Laserstrahl- Blindnähten validiert (Thermoelementmessungen, Nahtquerschliffe und Wegaufnehmermessungen der Verzüge). Darüber hinaus werden die Ergebnisse anhand einer Schweißsimulation und Verzugsoptimierung eines industriell relevanten Bauteils überprüft. Die Ergebnisse, Meinungen und Schlüsse dieser Dissertation sind nicht notwendigerweise die der Volkswagen AG. N2 - The primary focus of this dissertation is the analysis of the sensitivity of FE welding simulation depending on material property values variation and their influence on the transient temperature field and distortions. The scatter band of material property values for the complete temperature range and for discrete temperature intervals, derived from the metallurgy and the experimental boundary conditions, is considered. Three different alloys for the main material groups are examined which represent some of the currently most widely used materials in automotive engineering: • high strength dual phase steel • austenitic chromium-nickel steel • precipitation hardening aluminium alloy The investigated properties are heat conductivity, specific heat capacity and density as well as Young’s modulus, yield strength, thermal expansion, Poisson’s ratio and strain hardening. The analyses show the great impact of the specific heat capacity and density on the calculated temperature field and subsequently acquired distortions. Looking at the thermomechanical properties, the distortions are mostly affected by thermal expansion, Young’s modulus and yield strength. The main thermophysical and thermomechanical properties for all three alloys are measured. This very accurate data is used to generate a simulation without the possible error sources from the scattering of material properties. The data of the material properties is then varied according to the known scatter band in order to extract the sensitivity of the simulated thermal cycles and distortions. The calculated results are validated with welding experiments of flat plates with laser beam-bead-on-platewelds (thermocouple measurements, macrosections of the weld seam and transducer measurements of distortions). Furthermore, the results are cross-checked for the welding simulation and distortion optimisation of an industrially relevant part. The results, opinions and conclusions expressed in this thesis are not necessarily those of Volkswagen AG. T3 - BAM Dissertationsreihe - 26 KW - Finite Elemente KW - experimentelle Validierung KW - Sensitivität KW - Werkstoffkennwerte KW - Simulation KW - Laserstrahlschweißen KW - Temperaturfeld KW - Verzug PY - 2007 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-1324 SN - 978-3-9811655-5-5 SN - 1613-4249 VL - 26 SP - 1 EP - 185 PB - Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) CY - Berlin AN - OPUS4-132 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Pittner, Andreas A1 - Weiss, D. A1 - Schwenk, Christopher A1 - Rethmeier, Michael T1 - A methodology for the fast temperature field generation for welding simulation T2 - 17th International Conference "Computer Technology in Welding and Manufacturing" CY - Cranfield, UK DA - 2008-06-18 KW - Welding simulation KW - Temperature field generation KW - Short calculation time KW - Multiple experiments KW - Inverse heat conduction problem KW - Neural networks PY - 2008 SN - 978-1-903761-07-6 SP - 1 EP - 12 PB - TWI CY - Cambridge AN - OPUS4-18290 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Perret, William A1 - Schwenk, Christopher A1 - Rethmeier, Michael T1 - Comparison of analytical and numerical welding temperature field calculation N2 - Analytical and numerical methods are used to estimate the temperature field due to the heat effects of welding. Numerical techniques are more adapted for industrial complex applications where analytical solutions do not exist yet. However, computational time is much lower with analytical models and a combination of both methods is investigated. Therefore, the two approaches are introduced and confronted in this paper. The finite-element software Ansys has been used for numerical simulations and Scilab for analytical simulations. In order to get a similar result quality, both methods have to be analysed and compared with respect to boundary conditions. These configurations are presented in this paper. Before starting any analysis, the analytical and numerical models have to be comparable. For the numerical simulation, every in- or output is given in discrete form and, for the analytical simulation, in continuous form. Thus, an analysis of the energy input distribution in both models is compulsory to ensure that the same amount of energy is applied. After this first study, a comparison of the analytical and numerical temperature field simulation is done from a fix point source in an infinite volume in steady state to a moving point source in a finite dimension in a transient state. A good agreement between the analytical and the numerical simulation results is found. However, some techniques, like a consideration of an image heat source for the analytical model or the selection of boundary conditions for the numerical model, need to be taken into consideration when the degree of complexity of the study (finite dimension or cooling time) increases. The limit of the comparison is reached when the geometry becomes too complex and when the effect of variable thermal properties with temperature cannot be neglected. KW - Welding simulation KW - Temperature field KW - Analytical approach KW - Numerical approach KW - Heat conduction PY - 2010 DO - https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2009.11.032 SN - 0927-0256 VL - 47 IS - 4 SP - 1005 EP - 1015 PB - Elsevier CY - Amsterdam AN - OPUS4-20887 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schwenk, Christopher A1 - Rethmeier, Michael T1 - Simulation based approach for distortion analysis and optimisation of beam welded automotive parts T2 - VI. International conference "Beam technologies & laser application" CY - Saint Petersburg, Russia DA - 2009-09-23 KW - Numerical welding simulation KW - Distortion KW - Optimisation KW - Laser and electron beam welding KW - Automotive parts PY - 2009 SP - 1 EP - 9(?) CY - Saint Petersburg, Russia AN - OPUS4-20797 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -