Mathematische Modellierung der Formstoffverdichtung und Verifizierung der theoretischen Ergebnisse anhand kalibrierter Computertomographieaufnahmen

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Jürgen Bast
• Subject Area: Materials in Sintering Processes and Generative Manufacturing Processes
• Term: from 2005 to 2007
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5452036

• Final Report Year: 2009

Final Report Abstract

Im Rahmen des DFG-Projektes wurde eine Simulationssoftware auf der Basis der mathematischen Drucker-Prager-Cup- und Hardening-Soil-Materialmodelle entwickelt, um die Formstoffverdichtung zu modellieren und die Verdichtungsprozesse für unterschiedlichste Gießereimodelle zu prognostizieren und zu optimieren. Diese Materialmodelle können sowohl makromechanische als auch mikromechanische Merkmale berücksichtigen, z. B. wie Kohäsionskräfte, Dichte, Porosität, das Fließen der Partikel, elastische und plastische Verformungen sowie physikalische und geometrische Nichtlinearitäten und Anisotropien. Darüber hinaus wurde eine Formstoffdatenbank für die Eingangsparameter zur Modellierung erstellt. Die Eigenschaften der Formstoffmischungen wurden unter Einsatz von herkömmlichen und neuartigen Messeinrichtungen bestimmt, die am Institut für Maschinenbau entwickelt wurden. Diese Formstoffdatenbank wurde um weitere Formstoffe (Neuformstoffmischungen und Betriebsformstoffmischungen) für unterschiedliche Formherstellungsmethoden vervollständigt. Zusätzlich zu den Laboruntersuchungen und Softwareentwicklungen wurden numerische Untersuchungen, wie Sensitivitätsanalyse verschiedener Parameter für unterschiedliche Formstoffmischungen, durchgeführt. Im Rahmen des DFG-Projektes wurde zum ersten Mal in unserem Fachbereich eine Methode zur Nutzung der Computertomographie zur Bestimmung der Spannungs- und Dichteverteilung in verdichteten Formen mit Hilfe von Isolinienbildern eingesetzt. Dadurch wurden generelle Zusammenhänge zwischen den mit der Computertomographie gemessenen Dichtewerten und der realen Dichteverteilung bei ausgewählten Neu- und Betriebsformstoffmischungen aufgedeckt. Dabei wurden für den Vergleich die berechneten Werte denen gegenübergestellt, die einerseits mit Hilfe von Drucksensoren gemessen und andererseits mit kalibrierten Isolinien ermittelt wurden. Zur Validierung der Simulationsergebnisse mit Hilfe der Computertomographie wurden die Zusammenhänge zwischen den farbigen Isolinienbildern der Computertomographie und der realen Dichteverteilung an unterschiedlichen Formstoffmischungen aufgezeigt. Dabei wurden die Untersuchungen unter Laborbedingung als auch unter realistischen Bedingungen (Industriebedingung) durchgeführt. Damit wurden die Hauptpunkte des Forschungsprojektes in Übereinstimmung mit dem Zeitplan vollständig erfüllt, und das Hauptziel des Forschungsprojektes wurde erreicht.

Publications

• Mathematische Modellierung der Formstoffverdichtungsprozesse. Dissertation
  Abdulkader Kadauw
  
• Numerical Analysis for Strength Parameters of Squeeze Moulding with the Finite Element Method. X International Conference on Computational Plasticity (COMPLAS IX), Fundamentals and Applications, Barcelona (Spanien) 2009
  
  
• Computer Simulation of Squeeze Moulding and Validation of Results using Industrial Computer Tomography (ICT), Archives of Metallurgy and Materials, ISSN 1733-490, Vol. 52, 3/2007 Polen
  Kadauw A., Bast J., Fiedler D., Betchvaia I., Saewert H. C.
  
• Computer Simulation of Squeeze Moulding and Validation of Results using Industrial Computer Tomography (ICT), Krakau, Polen 2007
  
  
• Einsatz der industriellen Computer-Tomografie (ict) zur Ergebnissevalidierung der Rechnersimulation von Formstoffverdichtungsprozesse, Freiberger Forschungshefte A 892, ISBN 978-3- 86012-319-5 (2007), S. 64 - 73
  Kadauw A., Bast J., Fiedler D., Saewert H. C.
  
• Formstoffcharakterisierung dirch Simulation des Verdichtungsprozesses, Giessrei 94 /04/2007 S. 54 – 59
  Bast, J.; Kadauw, A.; Betschweia, I.
  
• Mathematical Modelling of Squeeze Moulding and Comparison of Results using industrial Computer tomography (ICT), IX International Conference on Computational Plasticity (COMPLAS IX),ISBN Vol. 2: 978-84-96736-29-0, Barcelona (Spanien), September 2007
  Kadauw, A., Bast, J., Fiedler, D., Betschweia, I., Saewert, H. C.
  
• Optimising of Moulding Parameters for Green Sand compaction by Computer Simulation and a New Compaction Measuring Device. 10th Asian Foundry Congress, May 2008, Port Messe Nagoya, Nagoya, Japan
  
  
• Optimising of Moulding Parameters for Green Sand compaction by Computer Simulation and a New Compaction Measuring Device. 10th Asian Foundry Congress, May 21 –24. 2008, Port Messe Nagoya, Nagoya, Japan
  
  
• Überprüfung der Simulationsergebnisse des Formstoffverdichtungsprozesses mit der Computertomographie Gießereipraxis 59(2008), Nr. 4, S. 120 – 124
  Kadauw, A.; Bast, J.; Fiedler, D.; Saewert, H. C.
  
• Numerical Analysis for Strength Parameters of Squeeze Moulding with the Finite Element Method,X International Conference on Computational Plasticity (COMPLAS IX),Fundamentals and Applications, Barcelona (Spanien), ISBN 978-84-96736-29-0, 2009
  Kadauw, A., Bast, J.
  
• Optimising of Moulding Parameters for Green Sand Compaction by Computer Simulation and a New Compaction Measuring Device,International Journal of Metalcasting, American Foundry Society,Inc. Volume 3, Issue 2, Soring 2009
  Bast, J.; Kadauw, A.; Malaschkin, A.
  
• Simulation of Compaction of Moulding Sand and Determination of Density Distribution using Industrial Computer Tomography (ICT) for Real Examples, III International Conference on Computational Methods for Coupled problems in Science and Engineering, Italy, ISBN 978-84-96736-65-8, 2009
  Kadauw, A., Bast, J., Fiedler, D., Saewert, H. C.
  
• Simulation of Compaction of Moulding Sand and Determination of Density Distribution using Industrial Computer Tomography (ICT) for Real Examples. III International Conference on Computational Methods for Coupled problems in Science and Engineering, Italy 2009