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Verfasser einer Abschlussarbeit: FEM-Temperaturmodellierung eines Flachschleifprozesses zur Fertigung von Triebwerkskomponenten mittels rechnergestützter Optimierung (m/w/d)

Schleifprozesse haben in der Fertigung von Triebwerkskomponenten eine große Bedeutung. Das Verfahren kommt nicht nur zur Endbearbeitung von Oberflächen zum Einsatz, sondern wird aufgrund der schweren Zerspanbarkeit von Turbinenlegierungen häufig auch als Schruppprozess mit hohen Abtragsraten verwendet. Aufgrund der unbekannten Anzahl der Schneiden und geometrischen Form, zählt Schleifen zu den Zerspanprozessen mit unbestimmter Schneide. In Zukunft soll das Auswählen optimaler Prozessparameter durch eine analytische und simulative Vorauslegung unterstützt werden.

Die Kräfte, Wärmeströme und Schwingungen, die durch den Prozess entstehen und auf das Bauteil wirken, müssen für die Modellierung des Schleifprozesses ermittelt werden. Der Gegenstand der Arbeit ist die Modellierung des Wärmeeintrags eines Schleifprozesses in das Werkstück in Abhängigkeit der Prozessparameter. Hierfür soll ein Simulationsmodell zur Berechnung der Temperaturverteilung im Werkstück mit der Software COMSOL erstellt werden und der Anteil der Schleifleistung, der als Wärme in das Werkstück fließt, ermittelt werden. Dies soll durch das Lösen eines Reverse-Heat-Transfer Problems, dem Angleichen des simulierten Temperaturverlaufs an den punktuell mit Thermoelementen gemessenen Temperaturverlauf durch eine rechnergestützte Optimierung, erfolgen.

TASKS

  • Allgemeine Einarbeitung in die Grundlagen von Schleifprozessen, insbesondere der Temperaturmodellierung sowie in die Grundlagen der rechnergestützten Lösung von Optimierungsproblemen
  • Selbstständiger Aufbau des Wärmeübertragungsmodells für den Schleifprozess in COMSOL
  • Auswahl einer geeigneten Verteilung des Wärmeeintrags über der Kontaktfläche
  • Durchführung der Optimierung in der FEM-Simulation zur Lösung des Reverse-Heat-Transfer Problems
  • Ermittlung des Anteils der Schleifleistung, der als Wärmeeintrag in das Bauteil fließt, in Abhängigkeit der Prozessparameter
  • Anschließende Validierung anhand bestehender Messdaten
  • Präsentation der Arbeit

REQUIREMENTS

  • Studium im Bereich Maschinenbau, Luft- und Raumfahrttechnik oder einer anderen Ingenieurfachrichtung
  • Gute Kenntnisse der FEM-Simulation (vorzugsweise COMSOL)
  • Sehr gute Kenntnisse der Wärmeübertragung
  • Sicherer Umgang mit MATLAB oder Python
  • Sicherer Umgang mit MS Office
  • Hohe Eigeninitiative und Bereitschaft sich in die Thematik einzuarbeiten
  • Sehr gute Englischkenntnisse
  • Gewissenhafte, selbstständige und strukturierte Arbeitsweise

Idealerweise kann das Thema in einem Zeitraum von sechs Monaten bearbeitet werden. 

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