Within the work several LED encapsulation material related reliability issues are investigated by means of finite element analysis (FEM). The typically used silicone and epoxy materials are mechanically characterized after subjecting them to different environmental conditions. Based on these investigations material models for the FEM are created. Finally, the material models are used to simulate some encapsulation related reliability issues.
Aktualisiert: 2023-06-01
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The ongoing search for optimized and more efficient machines and technical devices have lead to an increased usage of numerical simulations during the design and fabrication process. Thereby, the more advanced and complex these devices and applications get and the higher their degree of optimization already is, the more physical effects must be considered during the simulation in order to enable further improvements. One such effect, that is particularly relevant for the design of rotating engines and machines with high occurring alternating and rotating magnetic fields, is the vector hysteresis inside ferromagnetic materials. Albeit its importance and the fact that there already exist very accurate models for describing vector hysteresis, it is still seldom considered and included during the design and optimization process. The major reason for this lies in the strongly increasing computational costs, which arise from utilizing such vector hysteresis models, compared to simpler non-linear or scalar hysteresis models. Thus, over the years a growing number of new vector hysteresis models have been derived and researched with the aim to find a computationally cheap but yet physically accurate model, which can readily be included into existing simulation routines and tools, in particular into those based on the Finite Element Method (FEM). Two recently proposed Preisach-based models by Sutor and colleagues for the description of vector hysteresis in isotropic ferromagnetic materials seem to be promising for fulfilling these requirements. However, these models have neither been studied with respect to their accuracy, capabilities and performance nor have they been applied inside actual Finite Element (FEA) analysis yet. The purpose of this thesis is to address these unresolved points.
Aktualisiert: 2022-12-30
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Die zunehmende Bedeutung von Leichtbau und wirtschaftlicher Rentabilität zwingt die Automobilindustrie zu technischen Produkten, welche diesen beiden Anforderungen unter der Erhaltung oder sogar Weiterentwicklung der bestehenden Eigenschaften gerecht werden. Dadurch verursachte fahrdynamische Auffälligkeiten werden häufig erst in einer späten Entwicklungsphase durch subjektive Fahrverhaltensbeurteilungen identifiziert. Die Erstellung eines kausalen Zusammenhangs zwischen Ursache und Wirkung bleibt jedoch durch diese Vorgehensweise oftmals verwehrt. In der vorliegenden Arbeit wird ein durchgängiges Wirkkettenverständnis zwischen der Hinterachsbauteilgestaltung und der Fahrdynamik von Personenkraftwagen aufgebaut. Neue experimentelle und virtuelle Entwicklungswerkzeuge ermöglichen die Identifikation potenzieller Wechselwirkungen von Fahrwerksbauteilen und Fahrverhalten in der frühen Entwicklungsphase. Die Umsetzung dieser Forschungsergebnisse auf Konstruktionsrichtlinien erlaubt die Entwicklung kostengünstiger technischer Lösungen für die Hinterachsbauteilgestaltung unter der Prämisse eines niedrigen Gewichts. Zudem befähigen die vorgestellten Methoden aktuelle Fragestellungen der Fahrwerksentwicklung zu beantworten und somit das Entwicklungsrepertoire weiter zu ergänzen.
Aktualisiert: 2023-01-01
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The current dissertation aims to develop an efficient finite element (FE) model for the structural simulation of dissimilar St-Al overlap joints. In particular, a prediction of residual stresses and distortions after welding is of interest. In the thesis, the known computational methods were analyzed and expanded regarding their application for the deep laser welding of dissimilar St-Al joints in steel-on-aluminum overlap configuration. The influence of the mixing in the weld pool on the mechanical properties of the St-Al weld metal and the subsequent influence of the weld on the structural behavior of the joints are the central questions of the study.
The developed temperature FE model enables accurate computation of the temperature distribution in the overlap joint as well as a calculation of fractions of melted alloys in the St-Al weld.
The presented experimental investigation provides the first insight into the elastic-plastic behavior of St-Al weld metal. The mechanical properties were determined using the indentation technique and then correlated to aluminum concentration. Hardness and yield strength showed a nonlinear increase with an increasing aluminum concentration. Young’s modulus and strain hardening exponent were found to be nearly insensitive to changes in weld chemical composition. Based on the obtained relations, the weld material model was designed and coupled with the FE thermomechanical model.
The structural simulations of the St-Al overlap joints were validated on welding experiments through the comparison of measured and computed distortions. The performed sensitivity analyses indicated that the application of the developed weld material model is crucial for achieving reliable accuracy of structural simulations for St-Al joints.
Aktualisiert: 2021-03-18
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Within the work several LED encapsulation material related reliability issues are investigated by means of finite element analysis (FEM). The typically used silicone and epoxy materials are mechanically characterized after subjecting them to different environmental conditions. Based on these investigations material models for the FEM are created. Finally, the material models are used to simulate some encapsulation related reliability issues.
Aktualisiert: 2023-03-31
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