1、Mrz 2011 Normenausschuss Schweitechnik (NAS) im DINPreisgruppe 8DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 25.160.01Zur Erstellung einer DIN SPEC knnen verschiedene Ve
2、rfahrensweisen herangezogen werden: Das vorliegende Dokument wurde nach den Verfahrensregeln einer Vornorm erstellt.!$mo=“1747626www.din.deDDIN SPEC 32534-1Numerische Schweisimulation Durchfhrung und Dokumentation Teil 1: bersicht; Text Deutsch und EnglischNumerical welding simulation Execution and
3、documentation Part 1: Overview; Text in German and EnglishSimulation numrique de soudage Excution et documentation Partie 1: Vue densemble; Text en allemand et anglaisAlleinverkauf der Spezifikationen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 17 SeitenB55EB1B3E14C22109E918E8EA43
4、EDB30F09DCCB7EF8DD9NormCD - Stand 2012-03 DIN SPEC 32534-1:2011-03 Vorwort Dieses Dokument (DIN SPEC 32534-1:2011-03) wurde vom NAS-Arbeitsausschuss NA 092-00-29 AA, Schweisimulation (DVS AG I 2.1) erarbeitet. Eine DIN SPEC nach dem Vornorm-Verfahren ist das Ergebnis einer Normungsarbeit, das wegen
5、bestimmter Vorbehalte zum Inhalt oder wegen des gegenber einer Norm abweichenden Aufstellungsverfahrens vom DIN noch nicht als Norm herausgegeben wird. Zur vorliegenden DIN SPEC wurde kein Entwurf verffentlicht. Erfahrungen mit dieser DIN SPEC sind erbeten vorzugsweise als Datei per E-Mail an nasdin
6、.de in Form einer Tabelle. Die Vorlage dieser Tabelle kann im Internet unter http:/www.din.de/stellungnahme abgerufen werden; oder in Papierform an den Normenausschuss Schweitechnik (NAS), 10772 Berlin. Struktur des Dokumentes und der zugehrigen Unterdokumente Dieses Dokument gibt in Abschnitt 4 nhe
7、re Informationen zur allgemein gltigen Simulationsstruktur und der entsprechenden Anwendung. In Abschnitt 5 sind die Verweise auf entsprechende Teile dieser DIN SPEC (Vornorm), die die Struktur fr die jeweiligen Anwendungsflle konkretisieren und in Form von Beispielen wiedergeben. Folgende weitere T
8、eile der Reihe DIN SPEC 32534 Numerische Schweisimulation Durchfhrung und Dokumentation sind derzeit in Vorbereitung: Teil 1: bersicht Teil 2: Beispiel Dokumentationsvorlage Teil 3: Beispiel Verzugssimulation MAG-Schweien Teil 4: Beispiel Prozesssimulation Lichtbogenschweien Abschnitt 6 enthlt zu je
9、dem Dokument eine kurze Beschreibung des Inhaltes. Da beabsichtigt ist, fr die DIN SPEC relativ zeitnah bei ISO auch die Erstellung einer Internationalen Norm mit gleichem Inhalt zu beantragen, wird im zweiten Teil des Dokumentes eine englische bersetzung abgedruckt, die die internationale Anwendung
10、 bereits ermglichen soll. 2 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8DD9NormCD - Stand 2012-03 DIN SPEC 32534-1:2011-03 1 Anwendungsbereich Die vorliegende DIN SPEC befasst sich mit einer grundlegenden Vorgehensweise zur Durchfhrung und Dokumentation einer numerischen Schweisimulation zur rechneri
11、schen Abbildung des Schweiprozesses an sich sowie zu dessen Auswirkungen auf die Eigenschaften der geschweiten Konstruktion. Hierzu wird eine allgemein gltige strukturierte Vorgehensweise vorgestellt, die unabhngig von der Lsungsmethode und der konkreten Software ist. Sie dient den Anwendern als Unt
12、ersttzung bei der Auswahl der entsprechenden Methode in Abhngigkeit vom zu berechnenden Schweiverfahren laut DIN EN ISO 4063 und dem angestrebten Simulationsergebnis. Darber hinaus stellt sie eine Grundlage fr die Einarbeitung in die numerische Schweisimulation in verschiedenen Industriebranchen dar
13、, hierzu verweist sie auf entsprechende Beispiele in Unterdokumenten. Auerdem kann sie fr die Erstellung von Lastenheften oder Angeboten verwendet werden und bietet Auftraggebern und Auftragnehmern Anhaltspunkte fr die Festlegung des Leistungsumfangs. 2 Normative Verweisungen Die folgenden zitierten
14、 Dokumente sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN EN ISO 4063, Schweien und verwandte Prozesse
15、 Liste der Prozesse und Ordnungsnummern DIN 1910-3, Schweien; Schweien von Kunststoffen, Verfahren DIN 1910-11, Schweien; Werkstoffbedingte Begriffe fr Metallschweien DIN 1910-100, Schweien und verwandte Prozesse Begriffe Teil 100: Metallschweiprozesse mit Ergnzungen zu DIN EN 14610:2005 DIN EN 1461
16、0, Schweien und verwandte Prozesse Begriffe fr Metallschweiprozesse DIN-Fachbericht ISO/TR 25901, Schweien und verwandte Verfahren Terminologie 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die Begriffe nach DIN 1910-3, DIN 1910-11 und DIN 1910-100, DIN EN 14610, ISO/TR 25901 und die folgenden
17、 Begriffe. 3.1 geometrisches Modell Beschreibung aller Geometrien und der Dimensionalitt des Simulationsobjektes 3.2 Implementierung Umsetzung eines konkreten Simulationsobjektes in ein mathematisches Modell bzw. eine Lsungsmethode 3.3 Kalibrierung Ermittlung der variablen Parameter fr das mathemati
18、sche Modell im Rahmen der Implementierung, bezogen auf einen konkreten Anwendungsfall 3 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8DD9NormCD - Stand 2012-03 DIN SPEC 32534-1:2011-03 3.4 Lastenheft beschriebene Gesamtheit der Forderungen des Auftraggebers an die Lieferungen und Leistungen eines Auftr
19、agnehmers 3.5 Lsungsmethode Vorgehensweise zur Lsung des aufgestellten mathematischen Modells 3.6 mathematisches Modell Modell, das die wesentlichen zugrundeliegenden mathematischen Gleichungen inklusive zugehriger Anfangs- und Randbedingungen beinhaltet 3.7 Modellkomplexitt Auswahl der vom Anwender
20、 festgelegten zu bercksichtigenden physikalischen Effekte fr das physikalische Modell 3.8 numerische Simulation Simulation, welche mittels mathematischer Methoden durchgefhrt wird 3.9 physikalisches Modell Gesamtheit der fr das vorliegende Simulationsobjekt relevanten zu simulierenden physikalischen
21、 Effekte und Randbedingungen sowie getroffene Vereinfachungen und Annahmen 3.10 Plausibilittsprfung Kontrolle vorliegender Berechnungsergebnisse hinsichtlich bereinstimmung mit prinzipiellen physikalischen Grundstzen nach dem aktuellen Stand der Technik 3.11 Randbedingungen Restriktionen physikalisc
22、her oder mathematisch-numerischer Natur, die als gegebene Gren bei numerischen Simulationen bercksichtigt werden mssen 3.12 rumliche Diskretisierung gibt Anzahl, Dichte und Typ der Geometrieeinheiten fr die Unterteilung des geometrischen Modells wieder 3.13 Simulationsergebnis abschlieendes Ergebnis
23、 der durchgefhrten Simulation im Hinblick auf die ausgewhlten schweibedingten Charakteristika 3.14 Simulationsmodell Gesamtheit aus dem physikalischen Modell, dem mathematischen Modell und der Lsungsmethode als Ergebnis der Implementierung 3.15 Simulationsobjekt beinhaltet das zu untersuchende Baute
24、il bzw. die gesamte Konstruktion sowie die verwendeten Grund- und Zusatzwerkstoffe, das Schweiverfahren und die zugehrigen Parameter und Bedingungen 4 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8DD9NormCD - Stand 2012-03 DIN SPEC 32534-1:2011-03 3.16 Validierung vollstndiger oder teilweiser Vergleich
25、 zwischen Berechnungsergebnissen und Daten aus Validierungs-experimenten, auch ein Nachweis des realittskonformen Systemverhaltens des Simulationsmodells 3.17 Validierungsexperiment ein fr die Validierung der Berechnungsergebnisse speziell geplantes Experiment mit mglichst vollstndiger Erfassung all
26、er relevanten Daten 3.18 Verifikation berprfung der bereinstimmung zwischen dem physikalischen Modell, dem mathematischen Modell und der Lsungsmethode, wobei im Gegensatz zur Validierung keine experimentellen Daten hinzugezogen werden 3.19 zeitliche Diskretisierung Schrittweite und Anzahl der Zeitei
27、nheiten fr die Unterteilung der zeitlichen Ablufe des Simulationsobjektes 4 Allgemein gltige Simulationsstruktur Die nachfolgenden Unterpunkte geben Informationen zu der allgemein gltigen Simulationsstruktur. Im Zuge der Durchfhrung der Simulation sind die folgenden Aspekte zu bercksichtigen. 4.1 Si
28、mulationsobjekt Der erste Punkt beinhaltet die genaue Beschreibung des zu untersuchenden Bauteils bzw. der gesamten Konstruktion (z. B. Geometrie, Einsatzbedingungen), der verwendeten Grund- und Zusatzwerkstoffe, des Schweiverfahrens und der -parameter, der verwendeten Schweifolge sowie der Einspann
29、bedingungen. Optional kann eine ergnzende grafische Darstellung als Foto oder Zeichnung beigefgt werden. 4.2 Zielsetzung der Simulation Hierbei wird das angestrebte Simulationsergebnis, welches sich aus der realen Aufgabenstellung ergibt, festgelegt. Dabei knnen auch mehrere Ergebnisse als Ziele def
30、iniert werden. Einige mgliche Beispiele hierzu sind u. a. Bewertung der Eigenschaften der Wrmeeinflusszone, Berechnung der Schweiverzge, Berechnung der Schweieigenspannungen oder Berechnung der Gasdiffusion. Ergnzend sollte ein ber-geordnetes Ziel genannt werden, fr welches die angestrebten Simulati
31、onsergebnisse weiterverwendet werden sollen, beispielsweise die Verringerung notwendiger Richtarbeiten oder die Optimierung der Schweiparameter. 4.3 Physikalisches Modell In Abhngigkeit der unter 4.2 definierten Ziele werden in diesem Abschnitt die jeweils zugehrigen zu simulierenden physikalischen
32、Effekte, Randbedingungen und getroffene Vereinfachungen und Annahmen zusammengetragen. In Abhngigkeit der gewnschten Modellkomplexitt knnen beispielsweise folgende physikalische Effekte und Einflussgren relevant sein: Wrmetransport ber Wrmeleitung, Konvektion und Strahlung; Massentransport durch Dif
33、fusion und Konvektion; Werkstoffvernderungen wie Gefgeumwandlungen, Ausscheidungen, Korngrenwachstum und Hrte; mechanisches Verhalten wie Elastizitt, Plastizitt, Kriechen, Wrmedehnung, Umwandlungsplastizitt, Umwandlungsdehnungen, Dehnrate. Hierzu ist eine Beschreibung mit Worten, Grafiken, Tabellen
34、oder auch Formeln mglich. 5 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8DD9NormCD - Stand 2012-03 DIN SPEC 32534-1:2011-03 Die zweckmige Beschreibung der real vorliegenden Randbedingungen, insbesondere Anfangstempera-turen, Umgebungstemperatur, Einspannbedingungen ist erforderlich. Die im Zuge der Zi
35、elsetzung der Simulation notwendig gewordenen und hier gewhlten Vereinfachungen und Annahmen mssen beschrieben werden. 4.4 Mathematisches Modell und Lsungsmethode Aufbauend auf den Angaben aus 4.3 muss hier ein entsprechend geeignetes mathematisches Modell spezifiziert werden. Hierzu mssen die wesen
36、tlichen zugrundeliegenden Differentialgleichungen genannt werden bzw. auf diese verwiesen werden. Dieses beinhaltet beispielsweise das geometrische Modell (1D, 2D, 3D), ergnzt mit der mathematischen Beschreibung der Wrmequelle und des Wrmetransportes sowie der Anfangs- und Randbedingungen. Weiterhin
37、 ist die Angabe der beabsichtigten Lsungsmethode, z. B. analytisch, numerisch (FEM, FDM, FVM, BEM usw.), stochastisch (Monte-Carlo usw.) vorzunehmen. 4.5 Implementierung Die Beschreibung der Implementierung enthlt konkrete, auf das Simulationsobjekt aus 4.1 bezogene Angaben ber die rumliche Diskreti
38、sierung (z. B. FE-Vernetzung inklusive Festlegung der Elementtypen), die zeitliche Diskretisierung, die Werkstoffkennwerte und die Anfangs- und Randbedingungen. Weiterhin sind Angaben zum Ablaufplan (schematisch oder grafisch) und zur Kopplung verschiedener Vorgehensweisen zu machen. Das Ergebnis de
39、r Implementierung ist das Simulationsmodell. 4.6 Auswertung und Ergebnisdarstellung Bei der Auswertung und Ergebnisdarstellung ist auf eine nach 4.2 abgestimmte Prsentationsform zu achten. Hierbei sind, auch im Hinblick auf die Absicherung der Simulationsergebnisse in 4.7, grafische sowie tabellaris
40、che Darstellungen mit kurzer textlicher Beschreibung zu bevorzugen. Weiterhin ist die Vorgehens-weise bei der Auswertung darzustellen, z. B. Angaben zu verwendeten statistischen Verfahren. Insbesondere folgende Aspekte werden hierbei dringend empfohlen: Legende in Grafiken; Achsenbeschriftung in Dia
41、grammen; Benennung der Einheiten; Einheitliche Skalierung zu vergleichender Diagramme; Tabellarische Angabe wichtiger Einzeldaten oder abgeleiteter Gren. Zur Vereinfachung der spteren Dokumentation nach 4.8 ist eine Speicherung der Daten in digitaler Form sinnvoll. 4.7 Empfohlene Manahmen zur Absich
42、erung der Simulationsergebnisse 4.7.1 Allgemeines Zur Absicherung der Qualitt der Simulationsergebnisse stehen dem Anwender, je nach Anwendungsfall und Zielsetzung der Simulation, folgende empfohlene wesentliche Manahmen zur Verfgung. 6 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8DD9NormCD - Stand 20
43、12-03 DIN SPEC 32534-1:2011-03 4.7.2 Verifikation des Simulationsmodells Fr die Verifikation des Simulationsmodells stehen folgende Mglichkeiten zur Verfgung: berprfung der bereinstimmung zwischen dem physikalischen Modell (4.3), dem mathematischen Modell und der Lsungsmethode (4.4); Nachweis durch
44、Anwendung unterschiedlicher Lsungsmethoden (z. B. numerisch und analytisch) und Vergleich mit vereinfachten Fllen (z. B. Reduktion der Dimensionalitt, berschlgige Berechnung); Quantifizierung des Einflusses der Variation der Diskretisierung (z. B. rumlich, zeitlich) auf das Berechnungsergebnis; Nach
45、weis des Gltigkeitsbereiches durch Parameterstudie. 4.7.3 Kalibrierung der Modellparameter Die Kalibrierung beinhaltet die Ermittlung der variablen Modellparameter (z. B. Prozessparameter, Einspannbedingungen, Werkstoffkennwerte) aus dem Vergleich mit experimentellen oder rechnerischen Ergebnissen,
46、die nicht fr die Verifikation oder Validierung genutzt wurden im Rahmen der Implementierung nach 4.5. Hierzu knnen beispielsweise vereinfachte Prfkrper oder Teilausschnitte des in 4.1 beschrie-benen Simulationsobjektes genutzt werden. Damit ist die Kalibrierung nicht allgemein gltig, sondern bezogen auf einen
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