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Zusammenführung von direkter und inverser Modellierung

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

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Zusammenführung von direkter und inverser Modellierung

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Presentation Transcript

  1. Zusammenführung von direkter und inverserModellierung 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 25.02.2010 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 • Simulationsergebnisse • Mustervergleich • Ausblick

  4. Elektrode 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

  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 2 direkt proportional zur Stromstärke Variante 1 proportional zum Vol-Int (Strahlung)

  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 • Simulationsergebnisse • Mustervergleich • Ausblick

  17. 3. Geometrie – Randbedingung Geometrieerkennung Interface-Tracking

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

  19. 3. Geometrie – Simulationsergebnisse Mit Drahtvorschub Ohne 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

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