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Gefördert durch: Zusammenführung von direkter und inverser Modellierung Projekt G5: Beschreibung komplexer Vorgänge im Lichtbogen durch die Kopplung von.

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1 gefördert durch: Zusammenführung von direkter und inverser Modellierung Projekt G5: Beschreibung komplexer Vorgänge im Lichtbogen durch die Kopplung von inverser und direkter Modellierung und Visualisierung der physikalischen Zusammenhänge U. Füssel, S. Rose, M. Schnick: TU Dresden, IOF, Professur Fügetechnik und Montage J. Kruscha, K. Schlodder, M. Tempelhagen, F. Wagner: Hochschule Lausitz, IIM Senftenberg

2 2 Zielstellung und Vorgehensweise Relevante Messgrößen sind identifiziert und werden erfasst Explorative Datenanalyse abgeschlossen Transiente Simulation und Interpretation der erkannten Zusammenhänge

3 3 Gliederung 1.Numerisches Modell 2.Zusammenführung Metalldampfrandbedingungen Eingangsdaten aus Experimenten Simulationsergebnisse Mustervergleich 3.Zusammenführung Geometrierandbedingungen Geometrieauswertungen Simulationsergebnisse Mustervergleich 4.Ausblick

4 4 1. Numerisches Modell Strömungslöser ANSYS CFX Einfaches Lichtbogenmodell ohne Fallgebiete Definieren der Metalldampfquelle an der Drahtunterseite Metalldampfeigenschaften von Murphy (CSIRO) Zweigleichungs-Turbulenzmodell (SST-Modell CFX-Standard) Erprobtes Diffusionsmodell Interface-Tracking Elektrode

5 5 2. Metalldampf – Metalldampfquelle Variante 1 Verdampfung direkt proportional zur gemessenen Volumenstrahlung Eingangsdaten für Definition der Metalldampfquelle Metalldampf Variante 2 Verdampfung direkt proportional zur Stromstärke

6 6 2. Metalldampf – Metalldampfquelle Eingangsdaten für Definition der Metalldampfquelle Variante 1 proportional zum Vol-Int (Strahlung) Variante 2 direkt proportional zur Stromstärke

7 7 2. Metalldampf – Mustervergleich Up-slope Down-slope Phasenraum U-I zeigt ausgeprägten Hystereseeffekt zwischen Up-slope und Down-slope

8 8 2. Metalldampf – Mustervergleich Up-slope Down-slope Charakteristischer Verlauf im Phasenraum U-I stimmt bei Kopplung der Verdampfung an gemessenen Volumenstrahlung nicht überein

9 9 2. Metalldampf – Mustervergleich Charakteristischer Verlauf im Phasenraum U-I stimmt bei Kopplung der Verdampfung an gemessenen Volumenstrahlung sehr gut überein Up-slope Down-slope

10 10 2. Metalldampf – Mustervergleich Zwischenzusammenfassung 1. Verläufe stimmen in ihrer Charakteristik gut überein Lichtbogensäule und Metalldampfeinfluss sehr gut abgebildet 2. Spannung in Simulation im Mittel 11 V geringer Differenz entspricht etwa prognostizierten Schichtspannungen

11 11 1 %3 %5 % Höhere Verdampfungen senken Temperaturen im Lichtbogen Höhere Verdampfungen verschieben Temperaturmaximum nach außen Bessere Übereinstimmungen in Ort und Wert der Maximaltemperatur bei hohen Verdampfungsraten (Vortrag M. Hertel) 2. Metalldampf – Metalldampfmenge

12 12 1. Übereinstimmung im charakteristischer Up-slope- / Down-slope-Verlauf wird mit steigender Verdampfungmenge schlechter 2. Zeitliche Änderung im Temperaturprofile über dem Puls stimmt noch nicht mit Messwerten des INP (G1) überein Vergleich Vortrag M. Hertel 2. Metalldampf – Mustervergleich

13 13 Zwischenzusammenfassung 1.Übereinstimmung der Temperaturen mit 5 % am besten 2.Übereinstimmung des Hystereseverlaufs mit 1 % am besten 3.Zeitliche Entwicklung derzeit noch nicht adäquat abgebildet Nächster Schritt: Weiterentwicklung Verdampfungsmodell 2. Metalldampf – Mustervergleich

14 14 2. Metalldampf – Weiterentwicklung Weiterentwicklung einer ortsaufgelöste Messung Simulation Experiment

15 Variante 1 - Diode Variante 2 - Strom Metalldampf – Weiterentwicklung Weiterentwicklung einer ortsaufgelöste Messung MetalldampfStromstärke +

16 16 Gliederung 1.Numerisches Modell 2.Zusammenführung Metalldampfrandbedingungen Messtechnik Simulationsergebnisse Mustervergleich 3.Zusammenführung Geometrierandbedingungen Geometrieauswertungen Simulationsergebnisse Mustervergleich 4.Ausblick

17 17 3. Geometrie – Randbedingung Interface-Tracking Geometrieerkennung

18 18 Ohne Drahtvorschub (1 %) Mit Drahtvorschub (1 %) 3. Geometrie – Simulationsergebnisse

19 19 Ohne Drahtvorschub Mit Drahtvorschub 3. Geometrie – Simulationsergebnisse

20 1. Spannung sinkt aufgrund der kürzeren Lichtbogenlänge – sichtbar v. a. im Down-slope-Bereich sehr gute Übereinstimmung mit experimentellen Werten Geometrie – Mustervergleich

21 21 Nächste Schritte: 1. Änderung der Lichtbogenlängen (Spannungskorrektur) 2. Änderung der Tropfengeometrie (Einschnürung) 3. Geometrie – Mustervergleich

22 22 Muster: - automatisierte Geometrieauswertung zur statistischen Absicherung - Verteilung des Metalldampfes Explorative DatenanalyseNumerische Simulation 4. Ausblick

23 23 Muster Validierung Explorative DatenanalyseNumerische Simulation 4. Ausblick Muster: - automatisierte Geometrieauswertung - Verteilung des Metalldampfes

24 24 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit


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