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Imagebild einer Simulation

Stranggusssimulation

Simulation des Stranggussprozesses zur Bestimmung von Eigenspannungen und Deformationen

Forschende arbeiten an einer Vertikalstranggiessanlage

Die Simulation des Stranggussprozesses soll einem tieferen Verständnis der Abläufe während des Stranggussprozesses dienen. Speziell die Modellierung des Abkühlprozesses und deren Auswirkung auf den wachsenden Barren sind von entscheidender Bedeutung. Durch die heiße Schmelze, die bei solchen Gießverfahren kontinuierlich zu Barren gegossen wird, ist die experimentelle Analyse des Gießprozesses nur mit sehr viel Aufwand und mittels komplexer Messaufbauten punktuell möglich.  

Aufgrund des kontinuierlich wachsenden Barrens und dessen Erstarrung unter Berücksichtigung unterschiedlicher Kühlstrategien werden jedoch auch numerische Methoden vor eine große Herausforderung gestellt.

Imagebild Stranggusssimulation

So eignen sich Finite Elemente Methoden zwar sehr gut für die Berechnung von Dehnungs- und Spannungsfeldern, können aber im Gegenzug zu Finiten Volumen Methoden wachsende Berechnungssysteme nur schwer abbilden. Um die Stranggusssimulation dennoch verwirklichen zu können, wurde auf Basis des FEM-Solvers LS-DYNA am LKR ein Stranggussmodell entwickelt. Der Prozess wird innerhalb der Finiten Elemente Methode durch ein wachsendes Berechnungsnetz vom initialen Füllvorgang über den transienten Startvorgang bis zum Steady-State Zustand abgebildet.

Sowohl horizontale, als auch vertikale Stranggussprozesse sind mittels einer selbstentwickelten Simulationsumgebung abbilden. Mittels einfacher config-Dateien kann das Gießrezept von der Füllung des Startkopfes bis zum Ende des Gießvorgangs gesteuert werden.

Mithilfe dieser Prozesssimulation können finale Aussagen über Deformation, Eigendehnung- und Eigenspannungsverteilung ermöglicht werden.

Zeitliche Entwicklung des Simulationsmodells für den horizontalen Strangguss (links) und Zeitrafferaufnahme des Versuchs (rechts).

Imagebild Simulationsmodells eines horizontalen Strangguss-Versuchs

Simulationsmodell horizont. Strangguss

Zeitliche Entwicklung des Simulationsmodells eines horizontalen Strangguss-Versuchs

Imagebild Zeitrafferaufnahme horizont. Strangguss

Zeitrafferaufnahme horizont. Strangguss

Simulationsmodell des horizontalen Stranggussprozesses (links) und experimenteller Aufbau (rechts).

Simulationsmodell des horizontalen Stranggussprozesses (links) und experimenteller Aufbau (rechts).