Implizite Simulationen einzelner Komponenten eines Großpressenwerkzeugs mit LS-DYNA

In der Automobilindustrie werden Karosserieteile aus Blech größtenteils in Pressenstraßen hergestellt. In den Pressenstraßen sind in Reihe Presswerkzeuge angeordnet, die unterschiedliche Aufgaben wie Umformen, Abkanten oder Beschneiden ausführen. Um kürzere Prozesszeiten zu erreichen, kommen zunehmend sogenannte Servo-Pressenstraßen zum Einsatz. Diese ermöglichen durch eine spezielle Ansteuerung der Motoren schnellere Werkzeugbewegungen. Aufgrund der bewegten Masse, die pro Werkzeug 25 Tonnen betragen kann, treten vermehrt Schäden an einzelnen Werkzeugkomponenten auf. Um eine hohe Prozessgüte zu gewährleisten, muss bereits im Vorfeld solchen Ausfällen entgegengewirkt werden. Eine Möglichkeit hierfür ist die simulative Untersuchung mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM). Zur Erhöhung der Prozesssicherheit werden zum einen Schwachstellen einzelner Komponenten detektiert und entsprechend stabiler ausgebildet. Zum anderen wird versucht die Masse der bewegten Werkzeugteile zu reduzieren. Für beide Vorgehensweisen ist eine Simulation des Gesamtmodells beziehungsweise des gesamten Werkzeugs nötig. Aufgrund des hochdynamischen Prozesses wird dies in der Regel durch Simulationen mit expliziter Zeitdiskretisierung durchgeführt. Für Untersuchungen hinsichtlich der Festigkeit von Strukturbauteilen sind diese Berechnungsergebnisse unzureichend, da bei Festigkeitsbetrachtungen Beanspruchungen in Form von Bauteilspannungen benötigt werden. Diese sind wegen der groben Vernetzung und der linearen Elementformulierung bei der expliziten Zeitdiskretisierung schlecht geeignet. Aus diesem Grund werden in diesem Beitrag aus den expliziten Simulationen nur Knotenverschiebungen einzelner Bereiche als Randbedingung für eine Folgeuntersuchung verwendet. Diese Verschiebungen werden bei einer FE-Analyse mit impliziter Zeitdiskretisierung einem einzelnen Bauteil aufgeprägt, dessen Spannungsverteilung von Interesse ist. Da bei impliziten FE-Analysen bereichsweise Netzverfeinerungen in den Bereichen der höchsten Belastungen mit vertretbarem Rechenaufwand durchgeführt werden können, sind die Spannungsausgaben aus diesen Simulationen für Festigkeitsanalysen geeignet. Des Weiteren reichen in Bezug auf Festigkeitsanalysen meist statisch-mechanische Untersuchungen aus, die anhand impliziter FE-Analysen durchgeführt werden können und wiederum den Vorteil eines geringeren Rechenaufwands aufweisen.