Experimentelle und simulative Ermittlung und Bewertung von Materialdaten für den Aufbau einer Körperschallsimulation im Ultraschallbereich

Materialdatenermittlung mittels DMA | Bild: IKV

Reverse Engineering | Bild: IKV

Das Ultraschallschweißen ist seit den 1960er Jahren ein etabliertes Verfahren zum Fügen von Kunststoffen. Bislang erfolgt die Auslegung der Fügepartner vor allem auf Basis von Erfahrungswerten und umfangreichen Versuchsreihen kurz vor Produktionsbeginn. Nicht selten folgen aufwendige und kostenintensive Änderungen der Bauteilgeometrie, um die Schallausbreitung während des Schweißprozesses im Sinn einer hochwertigen Fügenaht zu optimieren.

Ein Ansatz zur Kostenreduktion ist die fügegerechte Bauteilgestaltung bereits frühzeitig in die Produktentwicklung mittels einer Körperschallsimulation zu integrieren. Die Güte der Simulationsergebnisse ist jedoch in hohem Maße von der Qualität der Eingangsdaten abhängig. Die direkte Ermittlung von Materialdaten im Ultraschallbereich ist allerdings mit großen messtechnischen Herausforderungen verbunden. Aus diesem Grund basieren bestehende Ansätze auf der Ermittlung von Materialdaten in einem niederfrequenten Bereich und einer anschließenden Extrapolation in den relevanten Frequenzbereich.

Ziel deiner Arbeit wird es sein, anhand von in der Forschung etablierten Methoden die Materialsteifigkeit und mechanische Dämpfung zu ermitteln. Eine Methodik beruht auf der dynamisch-mechanischen Analyse (DMA) und dem Zeit-Temperatur-Verschiebungsprinzip und die Zweite auf dem Ansatz des Reverse Engineering. Für die Materialdatenermittlung mittels Revers Engineering wird die experimentelle Untersuchung simulativ abgebildet. Die Materialkarte der Simulation wird anschließend iterativ angepasst, bis die Simulation das experimentell ermittelte Werkstoffverhalten wiederspiegelt. Im Anschluss an die Materialdatenermittlung werden beide Methoden miteinander verglichen und bewertet. Hierdurch wird die Grundlage für die Bestimmung realitätsnaher Eingangsdaten für die Körperschallsimulation gelegt.

Wenn Du an einer sowohl simulativen als auch praktischen Arbeit interessiert bist, melde Dich einfach bei mir.

Ansprechpartner
Max Weihermüller, M.Sc.
Telefon: +49 241 80-28363
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