TY - THES A1 - Kanzow, Ulrich Michael T1 - Beschreibung des Fließwiderstandes in der numerischen Berechnung von Gerinnen mit extremer relativer Rauheit T1 - Description of flow resistance in numerical simulation of channels with extreme relative roughness N2 - Die ein- und zweidimensionale numerische Berechnung der Fließvorgänge in offenen Gerinnen findet zunehmend auch Anwendung in der Modellierung immer komplexerer Prozesse im unter Anderem im Bereich der Ökosystemmodellierung in Gebirgs- und Mittelgebirgsbächen. In diesem Bereich existieren zurzeit noch Probleme hinsichtlich der hydraulischen Prognoserechnungen. Neben den numerischen Grundlagen werden die Abhängigkeiten des Strömungsfeldes von der Rauheitsstruktur der Sohle und der Überdeckungshöhe behandelt. Zur Untersuchung der Fließwiderstandsgleichungen wurden Laborversuche in einer Versuchsrinne durchgeführt. Es wird gezeigt, dass der üblicherweise verwendete Ansatz des mittleren Sohlgefälles bei der Berechnung der Sohlschubspannungsgeschwindigkeit u* in Stufen-Becken-Sequenzen nicht zulässig ist. Stattdessen ist es erforderlich, die lokalen Energieliniengefälle zu bestimmen und einzusetzen. Die Anwendung der aus der Literatur bekannten Ansätze zur Beschreibung des Fließwiderstandes führt zu keinen befriedigenden Ergebnissen und wird ausführlich diskutiert. In der Untersuchung der verschiedenen Fließwiderstandsbeziehungen zeigte sich, dass insbesondere die ungenügende Beschreibung der Rauheitstruktur der Sohloberfläche durch einen charakteristischen Korndurchmesser des Sohlmaterials als unzureichend anzusehen ist. Hinsichtlich der Beschreibung rauer Oberflächenstrukturen wurde ein einfacher Segmentierungsalgorithmus entwickelt, der es erlaubt, komplizierte Oberflächenstrukturen zu vereinfachen und über die Standardabweichung abschnittsweise Rauheiten zuzuweisen. Dieses Verfahren wird in einem zweidimensionalen hydraulischen Modell eingesetzt. Hierdurch wird für die Wassertiefenbestimmung als auch für die Fließgeschwindigkeitsbestimmung eine Berücksichtigung der speziellen topographischen Verhältnisse ermöglicht. N2 - One- and two-dimensional numerical simulations of open-channel flows are more and more used for applications of constantly more complex processes among other things in the field of ecohydraulics in mountainous streams. Among the principles of numerical simulation the flow field and its interdependence of roughness elements as well as flow depth are treated. Investigations are made in a laboratory flume. It is shown, that the usually used approach of average bed slope in step-pool sequences is not admissible instead of local energy slope. The application of approaches known from literary are not leading to satisfying results. The investigation of different resistance equations showed in particular that insufficient describing of roughness structures of bed level only by characteristic grain size fails. Regarding description of roughness structures was developed an simple segmentation algorithm which allows to simplify complex roughness structures. They are transformed to segments of similar standard deviation. This algorithm is inserted in an two-dimensional flow model. Therefore calculation of water depth and flow velocity can be done regarding topographic situation, e.g. step-pool sequences. KW - Rauigkeit KW - Direkte numerische Simulation KW - Strömungswiderstand KW - Oberflächenstruktur KW - Fließgewässer KW - Segmentierung KW - Oberflächenbeschreibung KW - Rauheitsparameter KW - Geschwindigkeitsverteilung KW - Stufen-Schwellen-Sequenzen KW - step-pool sequences KW - velocity distribution KW - roughness KW - surface structures KW - segmentation algorithm Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20050307-4181 ER - TY - THES A1 - Gundermann, Ralf T1 - 3D-Simulation des Temperaturfeldes und der Gefügeumwandlung bei einer Laserstrahlschweißung T1 - 3D-simulation the temperature field and the material transformation at a laser beam welding N2 - Das FEM-Programmsystem „SYSWELD“ kommt für die Berechnung des Temperaturfeldes bei einer Laserstrahlschweißung zum Einsatz. Insbesondere sollen der Einfluss des Energieeintrages und die damit verbundene Gefügeumwandlung eines Feinkornbaustahles untersucht und Aussagen zur notwendigen Modellierungsgenauigkeit der Nahtgeometrie bzw. Netzverfeinerung getroffen werden. Im Einzelnen sind folgende Teilaufgaben zu lösen: - ausführliche Literaturrecherche zur numerischen Analyse von Schweißverbindungen insbesondere zu temperaturabhängigen Materialeigenschaften von Feinkornbaustählen, - Darstellung der Wärmequelle für das Laserstrahlschweißen, - Erprobung unterschiedlicher Netzvarianten für die FE-Analyse von instationären Temperaturfeldern, - Untersuchung zur Modellierungsgenauigkeit der Nahtgeometrie, - Parameterstudien zum Einfluss der Materialkennwerte und Gefügekinetik auf das Temperaturfeld sowie das Gefüge. N2 - The FEM-program "SYSWELD" comes for the calculation the temperature field at a laser beam welding to the employment. Particularly the influence of the energy deposit should explored and the with it joined material transformation of a fine grained steel and are met statements to the necessary modelling precision the weld geometry and mesh refinement. In the single following tasks are to be solved: - Comprehensive literature investigation to the numerical analysis of welding joints particularly to temperature dependent material properties of fine grained steels, - Display the heat source for the laser beam welding, - Test different mesh variants for the Fe-analysis of non-stationary temperature fields, - Investigation to the modelling precision on the weld geometry, - Investigation to the influence the material properties and material transformation on the temperature field as well as the material structure. KW - Laserschweißen KW - Finite-Elemente-Methode KW - Direkte numerische Simulation KW - Gefügeumwandlung KW - Feinkornbaustahl KW - Temperaturfeld KW - Laserstrahlschweißen KW - Aufheizraten KW - ZTU-Schaubild KW - laser beam KW - joint weld KW - fine grained steel Y1 - 2005 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-6680 N1 - Der Volltext-Zugang wurde im Zusammenhang mit der Klärung urheberrechtlicher Fragen mit sofortiger Wirkung gesperrt. ER - TY - THES A1 - Anders, Sven T1 - Numerische Simulation des Energieeintrages zur Modellierung einer Laserstrahlschweißung T1 - Numerical simulation the application of energy for the modelling of a laser beam welding N2 - Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Energieeintrag beim Laserstrahl-schweißen untersucht. Das verwendete Material ist ein Stahl der Sorte S355 J2G3. Für das FE-Programm SYSWELD sind verschiedene Wärmequellen entwickelt, erprobt und über Temperaturfelder mit einander verglichen wurden. Dabei kamen unterschiedliche Netz-varianten zum Einsatz. Der Energieeintrag wurde abzüglich der Verluste die beim Laserstrahlschweißen entstehen betrachtet, dabei sind die Verluste aus Transmission, Reflexion und Metalldampf separat betrachtet wurden. Es wurden auch Materialparameter wie: Verdampfungsenthalpie, spezifische Wärmekapazität sowie Wärmeleit-fähigkeit analysiert. Die Ergebnisse zur Anpassung des Energieeintrages waren im Gegensatz zu den Materialparametern noch ausbaufähig. N2 - As part of this work the application of energy was explored at the laser beam welding. The used material is a steel of the sort S355 J2G3. For the Fe-program SYSWELD are developed different heat sources, tests and were compared over temperature fields with each other. Thereby different mesh types came to the employment. The application of energy was considered emerge minus the losses them at the laser beam welding, thereby have were considered the losses from transmission, reflection and metal steam separately. There became also materialparameter like: vaporisation enthalpy, specific heat capacity as well as heat conductivity analyzes. The results for the adjustment the application of energy were still promising in contrast to the materialparameters. KW - Temperaturfeld KW - Laserschweißen KW - Anschluss KW - Direkte numerische Simulation KW - Kapillare KW - Dichtes Plasma KW - S355J2G3 KW - numerische Simulation KW - Energieeinkopplung KW - laser beam KW - welding KW - steel Y1 - 2005 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-6690 N1 - Der Volltext-Zugang wurde im Zusammenhang mit der Klärung urheberrechtlicher Fragen mit sofortiger Wirkung gesperrt. ER - TY - GEN A1 - Li, Fei T1 - Numerische Untersuchungen zu Temperaturfeldern und Eigenspannungen einer MAG-geschweißten Stumpfnaht an austenitisch-ferritischem Stahl X2CrNiMoN22-5-3 T1 - Numerical analyses for temperature fields and residual stresses on a full seam butt activgas metal arc welding joint of 2205 duplex stainless steel N2 - Auf der Basis der Literaturrecherche wird in dieser Arbeit eine 5-lagige MAG-geschweißte Stumpfnaht an austenitisch-ferritischen Stahl X2CrNiMoN22-5-3 (Duplex-Stahl 1.4462) mit dem FE-Programm „SYSWELD®“ simuliert. Die Berech-nungen der Temperaturfelder werden unter der Berücksichtigung sowohl von tempe-raturunabhängigen als auch temperaturabhängigen thermophysikalischen Material-eigenschaften am drei-dimensionalen und zwei-dimensionalen Modell durchgeführt. Die berechneten Temperatur-Zeit-Verläufe und Gefügeumwandlungen beim MAG-Schweißen der Stumpfnaht werden hinsichtlich der Einflüsse und Veränderun-gen analysiert und die ermittelten Abkühlzeiten t12/8 werden für jede Schweißlage bewertet. Anschließend werden die Berechnungen des Eigenspannungszustandes für einzelne Schweißlagen untersucht. N2 - On the basis of literature research, a finite element numerical simulation is performed on a full seam butt activgas metal arc welding joint of 2205 duplex stainless steel (DSS) with the software “SYSWELD®”. A three-dimensional precise numerical model and a two-dimensional model for heat transfer and phase transformation is established for accurate calculation of temperature distribution and the cooling time t12/8 of every run during welding. The calculations of temperature field are in consid-eration of the temperature-undependent and temperature-dependent thermo-physical material properties. The calculated temperature-time-developing and the phase transformation of joint during welding are analyzed. The cooling time t12/8 of every run is evaluated. Subsequently the welding residual stress field is researched. KW - Duplexstahl KW - Temperaturfeld KW - Eigenspannung KW - MAG-Schweißen KW - Finite-Elemente-Methode KW - Direkte numerische Simulation KW - Gefügeumwandlung KW - Duplex-Stahl KW - thermophysikalische Materialeigenschaften KW - duplex stainless steel KW - numerical simulation KW - thermo-physical material properties KW - phase transformation KW - residual stress Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-7862 ER -