1. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden Schweiverzugssimulation: Rohrplatte eines Hochdruckwrmetauschers Dipl.Ing. Christoph Schlegel CADFEM (Austria) GmbH

2. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden Vorstellung CADFEM Service Support Seminare Berechnung im Auftrag ConsultingSoftware DE ATCH Mnchen CADFEM Grafing Stuttgart Hannover Chemnitz Lausanne Wien Aadorf Berlin Dortmund Gerlafingen Innsbruck Frankfurt Gegrndet 1985 12 Bros in D A CH >180 Mitarbeiter

3. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden Vorstellung Schoeller-Bleckmann Nitec GmbH einer der weltweit fhrenden Herstellern von Hochdruck-Apparaten (>100bar) fr die Chemische Industrie speziell fr die Dngemittelindustrie - Petrochemische Industrie, Stickstoffindustrie Ammoniak & Harnstoff - Hochdruck-Wrmetauscher und Reaktoren - Spezialeinbauten fr Ammoniak-Konverter Bachelorarbeit von Florian Stangl

4. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden Anwendungsgebiet Dngemittelindustrie Herstellung aus Erdgas, Luft und Wasser in den Prozessschritten Wasserstoffherstellung Ammoniakherstellung Harnstoffsynthese Harnstoff = weltweit das bedeutendste Stickstoffdngemittel (47% N) 2012: rund 184 Mio. t weltweit grten Anlagen ca. 4.000 t Harnstoff am Tag

5. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden Rohrplatte eines Hochdruck-Wrmetauschers (Stripper) Rohrplatte 2,1m bis 3,7m Durchmesser:

6. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden Plattierung der Rohrplatte Bildquelle: Schoeller-Bleckmann Nitec GmbH

7. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden Schweiverzug der Rohrplatte Bildquelle: 1

8. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden ZIEL: Schweiprozess-Simulation Verzugsbestimmung Vorhersage der notwendigen Konushhe

9. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden VWS-D (Deformation) fr: erweiterte Schrumpfkraft-Methode, grobe Modellierung fr: Fertigung Methode: mac VWS-S (Schweien) fr: detaillierte Modellierung fr: Konstruktion, Univ Methode: UPF, mac VWS-T (Temperatur) fr: Wrmequellen fr detail. Modellierung fr: Konstruktion, Univ Methode: mac CADFEM Toolbox Virtual Weld Shop VWS Bildquelle: cadfem

10. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden Wrmequellen fr die Simulation: Goldak/Gau Laser Tri-polygon Kombination Elektronenstrahl, FSW, CADFEM Toolbox Virtual Weld Shop VWS-T Bildquelle: cadfem

11. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden Gefgekinetik nach Leblond oder Denise Dilatogramm- Versuche ZTU- Diagramm Kinetik- Koeffizienten fr Leblond/ Denise Simulation mit Mischungsregel Dilatogramm- Simulation Simulationsergebnis ZTU- Diagramm Viele Versuche Versuch Berechnung Gefgekinetik CADFEM Toolbox Virtual Weld Shop VWS-S Bildquelle: cadfem

12. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden ANSYS Workbench - Projektseite Bildquelle: cadfem

13. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden Parameterliste in MS-Excel

14. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden kleinste Rohrplatte D=2,1m kleinste Rohrplatte: Mesh ca. 610.000 Knoten 2.600 Rechenschritte (loadsteps) 3 Layer-Inflation Bildquelle: cadfem

15. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden grte Rohrplatte - D=3,7m grte Rohrplatte: Mesh ca. 2,1 Mio. Knoten 10.500 Rechenschritte (loadsteps) 3 Layer-Inflation Bildquelle: cadfem

16. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden Modell so grob als mglich Rechenzeit reduzieren grbst mgliche Vernetzung je Schweiraupe 1 El. in der Dicke 4 El. in der Breite Schrittgre beim Schweivorschub ca. Elementgre 15-30mm (4-10sec.) Bildquelle: cadfem

17. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden Temperaturverteilung (transient) Vernetzung & Schrittgre noch ausreichend fr reale Temperaturverteilung Bildquelle: cadfem

18. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden Temperaturverteilung (transient) Bildquelle: cadfemAnimation durch Anklicken starten

19. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden Materialeigenschaften Wrmeausdehnung ermittelt mit JMatPro Bildquelle: 1

20. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden Steuerung der Elementeigenschaften Element Materiabelegung nder mit mpchg, noch nicht vorhandene Elemente steuern mit: ekill & ealive abhngig von zeitlich steigendem oder fallendem Temperaturgradient Bildquelle:1

21. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden Umwandlungsplastizitt < 0 > 0 Bildquelle: cadfem

22. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden Umwandlungsplastizitt bilineares Materialmodell fr Plastizitt Streckgrenze temperaturabhngig im Bereich der Umwandlungsplastizitt Streckgrenze stark abgesenkt Bildquelle: 1

23. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden Spannungsverteilung Bildquelle: cadfem Animation durch Anklicken starten

24. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden Berechnungszeit transienter Prozess nicht beliebig parallelisierbar kleinste Rohrplatte grte Rohrplatte Durchmesser 2,1m 3,7m Schweilnge ~ 80m ~ 290m Schweizeit real > 7h > 29h Anz. Knoten im Modell 610.000 2,1 Mio. Loadsteps (bei 15-30mm Schritt) 2500 - 5.000 10.000 - 20.000 ca. Gesamtrechenzeit *) > 4 Tage > 100 Tage ca. Datenmenge > 1TB >>> *) auf einer HP Z800 mit 96GB RAM auf 8 cores

25. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden Reduktion grte Rohrplatte: Mesh ca. 2,1 Mio. Knoten grte Rohrplatte - Segment: Mesh ca. 390.000 Knoten Bildquelle: cadfem

26. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden Ersatzmodell Bildquelle: 1

27. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden Ergebnisse am reduzierten Modell Bildquelle: cadfem Animationen durch Anklicken starten Temperaturverteilung: Spannungsverteilung:

28. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden Spannungsverteilung im Bauteilinneren Bildquelle: cadfem Animation durch Anklicken starten

29. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden Hhenmessung nach den einzelnen Arbeitsschritten Messstrecke Bildquelle: 1

30. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden Vergleich: Messung - Berechnung Messstrecke Bildquelle: 1

31. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden Vergleich: Messung - Berechnung Bildquelle:1 / cadfem

32. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden Quellen 1. 2. Bachelorarbeit von Florian Stangl, Fachhochschule Wiener Neustadt, 29.05.2013 Optimierung der Rohteilgeometrie einer Rohrplatte eines Hochdruckwrmetauschers hinsichtlich Schweiverzug mithilfe der Finiten Elemente Methode