Modellierung des Festwalzens von Verdichterschaufeln für Turbo-Flugtriebwerke
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Projekt widmete sich der Erforschung und Entwicklung einer gekoppelten Methode zur ganzheitlichen Simulation des Festwalzens dünnwandiger Strömungsprofile. Es setzte sich aus den beiden Themenschwerpunkten einer lokalen und einer globalen Prozessmodellierung zusammen. Die lokale Prozessmodellierung beinhaltete zum einen eine detaillierte Erforschung der elastoplastischen Umformvorgänge innerhalb der Werkstückrandzone und zum anderen deren Modellierung mir Hilfe der FEM. Hierdurch konnte eine quantitative Vorhersage des Eigenspannungszustands in der Randschicht erreicht werden. Die FE-Modelle werden somit zu einer effizienten und wirtschaftlichen Alternative zur experimentellen Prozessauslegung. Im Rahmen der globalen Modellierung wurden unterschiedliche Ansätze zur Kopplung der Finiten Elemente Methode und der Boundary Element Methode entwickelt, implementiert und grundlegend hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit zur Simulation der Deformationen des gesamten Bauteils nach dem Festwalzprozess erforscht. Diese Arbeiten wurden in der letzten Förderperiode durch die erfolgreiche Anwendung auf einen Realprozess abgeschlossen. Die FEM/BEM-Kopplung wurde in einer engen Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Herrn Prof. Rjasanow vom Lehrstuhl für Mathematik der Universität des Saarlandes entwickelt und erforscht. Die entwickelte FEM/BEM-Kopplung besitzt einen grundlegenden Charakter und ist nicht auf die Anwendung auf inkrementelle Umformprozesse beschränkt. So wird in einem aktuellen Forschungsprojekt „Green Carbody Technology“ des BMBF diese Kopplung zur zeiteffizienten Simulation der Werkstück-Werkzeug-Interaktion bei Tiefziehprozessen eingesetzt. Die mit der FEM/BEM-Kopplung zeiteffizient berechneten Werkzeugbelastungen werden zur numerischen Werkzeugoptimierung herangezogen und ermöglichen einen ressourceneffizienten Einsatz in der Produktion.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Deep rolling of fan and compressor blades. In: Vollertsen, F. (Hrsg.): Proceedings of the APT'07: International Conference on Applied Production Technology: Production of Aircraft Structures. Bremen, Germany, September 17-19, 2007. Bremen, 2007: Bremer Institut für angewandte Strahltechnik - ISBN: 978-3-933762-21-4, S. 293–303
Klocke, F.; Mader, S. et al.
- Coupled FE/BE-Analysis of the Deep Rolling Process. In: Advanced Technology of Plasticity, 2008, S. 666–671
Klocke, F.; Bäcker, V. et al.
- Festwalzen von Fan- und Verdichterschaufeln. In: Steinhoff, K. (Hrsg.): Umformtechnik im Spannungsfeld zwischen Plastomechanik und Werkstofftechnik. Festschrift zum 75. Geburtstag von Oskar Pawelski. Bad Harzburg, 2008: GRIPS media (Rh. GRIPS' sparkling world of steel, Bd. 2) - ISBN: 393705717X, S. 331–338
Klocke, F.; Bäcker, V. et al.
- Festwalzen von Fan- und Verdichterschaufeln. In: wt Werkstattstechnik online, Vol. 98, No. 6, 2008, S. 476–480
Klocke, F.; Zeppenfeld, C. et al.
- Simulation von inkrementellen Umformprozessen mittels einer Kopplung zwischen FEM und BEM. In: Im Blickpunkt - Deutschlands Elite-Institute, Vol. 2008, 2008, S. 40–41
Bäcker, V.
- Kopplung zwischen FEM und BEM zur Simulation des Festwalzens von Fan- und Turbinenschaufeln - Coupled FEM/BEM-Simulation of the roller burnishing of fan and turbine blades. In: wt Werkstattstechnik online, Vol. 99, No. 10, 2009, S. 773–778
Klocke, F.; Bäcker, V. et al.
- Analysis of the Deep Rolling Process on Turbine Blades using the FEM/BEM-Coupling. In: Proceedings of the 9th World Congress on Computational Mechanics and 4th Asian Pacific Congress on Computational Mechanics, Sydney, Australia, 2010
Bäcker, V.; Klocke, F. et al.
- Coupling fast BEM with commercial FEM when modelling deep rolling. In: Proceedings of the IV European Conference on Computational Mechanics, Paris, France, 2010, S. 1711-1712
Grzhibovskis, R.; Bäcker, V. et al.
- Local and Global Modelling of the Deep Rolling Process on Turbine and Compressor Blades. In: Hirt, G. (Hrsg.): Modellierung inkrementeller Umformverfahren. Aachen, 2010: Shaker Verlag, S. 81–100
Klocke, F.; Bäcker, V.
- Manufacturing-Related Product Properties: Challenges and Changes. In: Biermann, D.; Tekkaya, A.; Tillmann, W. (Hrsg.): 1st International Conference on Product Property Prediction. Dortmund, 2010 - ISBN: 978-3-9808718- 6-0, S. 29–44
Klocke, F.; Timmer, A. et al.
- Simulation des Randschichtzustands und der Gesamtbauteilverformung von Turbinenschaufeln nach dem Festwalzen. Veranstaltung der Reihe "Deutsche Gesellschaft für Materialkunde - Arbeitskreis Verformung und Bruch", Karlsruhe, 2010
Bäcker, V.
