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Die gleiche Sicht auf den Werkstoff

Konsistente Daten für alle Entwickler

Wenn klassische Informationen aus Normen für anspruchsvolle CAE-Berechnungen nicht ausreichen, müssen Materialmodelle oft in umfangreichen Versuchen ermittelt werden. Mit Lösungen des Werkstoffdaten-Spezialisten Matplus lassen sich solche Labordaten leicht in die Entwicklungsprozesse wie etwa für das Simultaneous Engineering integrieren.

Produktstruktur in Siemens NX mit Werkstoffzuweisungen über Teamcenter IMM (Bild: Thinkstep AG)

Produktstruktur in Siemens NX mit Werkstoffzuweisungen über Teamcenter IMM (Bild: Thinkstep AG)

Klassische Werkstoffdatenbanken speichern in der Regel nur wenige Kennwerte der vorangegangenen Laboruntersuchungen. Deren Auswertung geschieht üblicherweise mit externen Werkzeugen, etwa mit Microsoft Excel. Der Weg von der Prüfmaschine zum Werkstoffmodell ist vielfach durch Medienbrüche gekennzeichnet, die zu fehlerhaften Daten führen können. Werkstofftechnologen und Produktentwickler leben also viel zu häufig noch in getrennten IT-Welten. Die Siemens Teamcenter-Lösung ‚Integrated Material Management‘ (IMM) des Systemanbieters Thinkstep konnte beispielsweise die Werkstoffinformationen für den digitalen Zwilling schon sehr effektiv bereitstellen und verwalten, „wodurch technische Fragestellungen zusammen mit Compliance und Nachhaltigkeit simultan in den Entwicklungsprozess integriert werden können“, bestätigt Lucas Dann, Produktmanager IMM der Thinkstep AG. Allerdings mussten beispielsweise die Rohdaten aus Prüfungen von der Werkstoffabteilung getrennt aufbereitet werden. Für den CAE-Anwender waren diese Abläufe jedoch nicht transparent nachvollziehbar. Darüber hinaus waren alle Informationen zu einem Werkstoff zwar in einer einheitlichen Datenbank gespeichert, „aber das entsprach eher einem virtuellen Schreibtisch, auf dem einzelne Tabellen nebeneinander abgelegt werden“, beschreibt Uwe Diekmann, Geschäftsführer der Firma Matplus GmbH ein weiteres Problem.

CAD-Modell einer geschweißten Hauptfahrwerksstruktur (MLG) aus hochfesten luftfahrtzugelassenen Stählen ... (Bild: Heggemann AG)

CAD-Modell einer geschweißten Hauptfahrwerksstruktur (MLG) aus hochfesten luftfahrtzugelassenen Stählen … (Bild: Heggemann AG)

Komplexe Werkstoffdaten

Während Konstrukteure vor allem zulässige Spannungen und die Festigkeit im Auge haben, interessieren sich Fertigungsmitarbeiter eher für das typische temperaturabhängige Fließ- und Umwandlungsverhalten eines Werkstoffs. Dazu benötigen sie auch Umformgrade, die einer Dehnung von mehr als 200 Prozent entsprechen. Dagegen liefern beispielsweise Zugversuche normalerweise nur auswertbare Werte im Bereich weniger Prozent, denn dann folgen Einschnürung und Bruch. Daher werden sogenannte Fließkurvenmodelle mit geeigneten Modellen rechnerisch in mehreren Schritten aus den Rohdaten der Versuche abgeleitet. Diese erlauben dann die Inter- und Extrapolation der Daten, zum Beispiel für höhere Umformgrade und andere Temperaturen sowie Umformgeschwindigkeiten. Außerdem werden Tests durch neue Prüftechniken und Datenerfassungen zunehmend komplexer. Auch reichen bei immer anspruchsvolleren Produkten die üblichen Werkstoffdatenbanken mit den klassischen Zeugniskennwerten oft nicht mehr aus. Dies gilt beispielsweise für die numerische Simulation von impakt-dynamischen Prozessen wie bei Crashbelastung oder der Sicherheit gegen ballistische Bedrohungen. Schließlich müssen all diese Rohdaten für den praktischen Einsatz in den CAE-Anwendersystemen aufbereitet und verdichtet werden.

... für ein Allzweck-Zubringerflugzeug, entwickelt und gefertigt bei der Heggemann AG. (Bild: Heggemann AG)

… für ein Allzweck-Zubringerflugzeug, entwickelt und gefertigt bei der Heggemann AG. (Bild: Heggemann AG)

Werkstoffe digital verwalten

Hier setzt das System EDA von Matplus an, indem es den gesamten Werkstoff-Lebenszyklus beziehungsweise Workflow unterstützt. Ausgehend von der Werkstoffprüfung wird eine abgesicherte Datenbank mit integrierten Werkzeugen zur Datenkonsolidierung und -verdichtung bis hin zur Kurvenanpassung (Curve-Fitting) an Werkstoffmodelle und deren Extrapolation zur Verfügung gestellt. Eine bereits vordefinierte Bibliothek aus geeigneten Werkstoffmodellen kann dazu vom Benutzer erweitert und auf die Prüfdaten angewendet werden. Das jeweils verwendete Modell wird anschließend mit dem Auslegungsdatensatz des neuen Materials verknüpft, so dass der Werkstoff mit Zusammensetzung, Normwerten und weiteren – zum Beispiel thermo-physikalischen – Werten beschrieben und gespeichert wird. Außerdem kann EDA vorhandene Literaturdaten aus unterschiedlichen Quellen mit den Labor- und Simulationsdaten zusammenführen.

Werkstoffe und Engineering

Durch die Einbindung der Anwendung als sogenannte IMM-Laborerweiterung in das PLM-System Teamcenter können Produktentwicklung und Werkstofftechnik besser zusammenwachsen. Es ermöglicht die Integration des Werkstoffengineerings in CAD- und CAE-Lösungen und erlaubt es Anwendern, auf konsistente und abgesicherte Werkstoffdaten zuzugreifen. Durch die gemeinsame Nutzerverwaltung des Systems haben Entwickler und Werkstoffleute Zugang zur gleichen Informationsbasis. Der jeweilige Mitarbeiter sieht folglich neben den Produktdaten, CAD-Informationen, Stücklisten und Werkstoffdaten bei Bedarf auch die Testdaten in der IMM-Laborerweiterung. Dadurch kann ein Anwender in die werkstofftechnischen Tiefen vordringen und beispielsweise per Mausklick die Rohdaten der Werkstoffprüfungen etwa für FEM-Untersuchungen nachsehen. Andererseits können Werkstoffanbieter und Werkstoffexperten ihre Daten und Modelle den Konstrukteuren und Produktentwicklern leicht zur Verfügung stellen. Die Freigaben der Werkstoffdaten werden durch integrierte Teamcenter-Workflows abgesichert, wodurch sie sich revisionssicher speichern lassen. So sehen etwa Werkstoffingenieure nun die Werkstoffdaten, welche die Konstrukteure aktuell verwenden. Konstrukteure können hingegen auf umfangreichere Daten zugreifen und ihre Entscheidungen zur Produktoptimierung auf eine breitere Basis stellen.

Ausgewählte Spannungs-Dehnungskurven für einige Luftfahrtstähle aus der MMPDS-Datenbank im Matplus-System EDA, das US-amerikanische Einheiten und Bezeichnungen automatisch konvertieren kann. (Bild: Matplus GmbH)

Ausgewählte Spannungs-Dehnungskurven für einige Luftfahrtstähle aus der MMPDS-Datenbank im Matplus-System EDA, das US-amerikanische Einheiten und Bezeichnungen automatisch konvertieren kann. (Bild: Matplus GmbH)


Werkstoffdaten-Spezialist aus Wuppertal

Die Matplus GmbH mit Sitz in Wuppertal bietet Software und Services rund um die Werkstoffdatenverwaltung. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf metallischen Strukturwerkstoffen wie Stahl- und Aluminiumlegierungen. Das Angebot reicht von Software für die Berechnung und Auslegung neuer Werkstoffe über Werkstoffdatensysteme für das Intranet bis hin zu spezifischen Datenbanken, die auch online angeboten werden, etwa www.stahldaten.de Die Systeme werden in zahlreichen Forschungs- und Entwicklungsprojekten eingesetzt.


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