Zusammenführung von direkter und inverser Modellierung

Präsentation zum Thema: "Zusammenführung von direkter und inverser Modellierung"—  Präsentation transkript:

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

3 Gliederung Numerisches Modell
Zusammenführung Metalldampfrandbedingungen Eingangsdaten aus Experimenten Simulationsergebnisse Mustervergleich Zusammenführung Geometrierandbedingungen Geometrieauswertungen Ausblick

4 1. Numerisches Modell Elektrode 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

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

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

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

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

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 2. Metalldampf – Metalldampfmenge
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)

12 2. Metalldampf – Mustervergleich
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

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

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

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

16 Gliederung Numerisches Modell
Zusammenführung Metalldampfrandbedingungen Messtechnik Simulationsergebnisse Mustervergleich Zusammenführung Geometrierandbedingungen Geometrieauswertungen Ausblick

17 3. Geometrie – Randbedingung
Geometrieerkennung Interface-Tracking

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

19 3. Geometrie – Simulationsergebnisse
Ohne Drahtvorschub Mit Drahtvorschub

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

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

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

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

24 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit