Digital Tool: Wärmebehandlung von Titanbauteilen

Hintergrund:

Beim Abkühlen von Titanbauteilen während der Wärmebehandlung treten durch Kriechvorgänge starke Verformungen auf.

Ziele:

Es soll ein Simulationswerkzeug entwickelt werden, das in einem automatisierten Prozess die Temperaturverteilung im Bauteil vorhersagen kann. Die ermittelten instationären Temperaturfelder sollen für eine Kriechanalyse mit einem externen FE-Solver verwendet werden.

Herausforderungen:

Komplexer instationärer Wärmetransportprozess mit einer Vielzahl von Transportmechanismen (natürliche Konvektion, Strahlung, Wärmeleitung und Energiefreisetzung durch Gefügeumwandlung) auf langen Zeitskalen.

Lösungsansatz:

• Implementierung des Modells auf Basis reiner OpenFOAM-Funktionalität mit snappyHexMesh als Vernetzer und angepasstem instationären konjugierten Wärmetransportlöser (chtMultiRegionFoam)
• Intensive Validierung und Modelloptimierung an verschiedenen Bauteilen anhand von Temperaturverläufen
• Automatisierung des Setups

Anwendung:

Einsatz als Vorauslegungs- und Optimierungswerkzeug für Wärmebehandlungsprozesse

Vergleich Simulation Experiment: Temperaturverläufe und Kühlraten

Animation des Abkühlvorgangs