TY - BOOK

T1 - Methodenentwicklung zur Charakterisierung der Schwingfestigkeit von Schweißverbindungen hochfester Stähle

AU - Fössl, Thomas

N1 - nicht gesperrt

PY - 2011

Y1 - 2011

N2 - Um Leichtbau in industriellen Anwendungen effizient betreiben zu können ist es nicht nur notwendig hochfeste Feinkornbaustähle mit Streckgrenzen von über 700 MPa zu verwenden, sondern auch den zur Verfügung stehenden Bauraum und die Fertigungstechnologie auszunutzen. Schneid-, Umform- und Schweißprozesse werden für die Formgebung der optimierten Bauteile am häufigsten eingesetzt. Das Ergebnis dieser Verfahrensschritte sind meist komplexe dünnwandige Strukturen mit hoher Verwindungssteifigkeit. Neuartige Fügetechniken sowie die Kenntnis der temperaturabhängigen Materialeigenschaften rücken speziell durch die gestiegenen Anforderungen in der Schweißtechnik immer weiter in den Vordergrund. Für die betriebsfeste Auslegung von Schweißverbindungen bilden die lokalen Konzepte eine wesentliche Vereinfachung bei der Bauteildimensionierung. Ausgehend von virtuellen Bauteilgeometrien werden die lokalen Spannungen an Schweißnähten ermittelt und auf die Gesamtstrukturen übertragen. Herstellungsbedingte Eigenspannungen, Phasenumwandlungsprozesse und Verfahrensparameter finden nur eingeschränkt Beachtung und können nicht explizit bewertet werden. Aus einer großen Anzahl von durchgeführten Schweißversuchen werden daher Schweißprozessparameter wie die Streckenenergie, Schweißgeschwindigkeit, und die topographische Ausbildung der Schweißzone abgeleitet und auf ein thermo- mechanisch gekoppeltes Simulationsmodell übertragen. Werkstoff- und Schweißprozessparameter bestimmen die örtlich auftretenden Spannungen und werden nachfolgend für die Berechnung der Schädigung herangezogen. In der vorliegenden Arbeit wird ein Ansatz zur Integration des Eigenspannungszustandes eines komplexen, geschweißten Strukturbauteils aus hochfesten Feinkornbaustahl in der Bauteilauslegung dargestellt. Die tatsächliche Betriebsbelastung wird den Mittelspannungen überlagert und mittels der Lebensdauerberechnungssoftware FEMFAT hinsichtlich der Ermüdung ausgewertet. Die berechnete lokale Bauteilschädigung wird anhand von Schwingfestigkeitsuntersuchungen validiert.

AB - Um Leichtbau in industriellen Anwendungen effizient betreiben zu können ist es nicht nur notwendig hochfeste Feinkornbaustähle mit Streckgrenzen von über 700 MPa zu verwenden, sondern auch den zur Verfügung stehenden Bauraum und die Fertigungstechnologie auszunutzen. Schneid-, Umform- und Schweißprozesse werden für die Formgebung der optimierten Bauteile am häufigsten eingesetzt. Das Ergebnis dieser Verfahrensschritte sind meist komplexe dünnwandige Strukturen mit hoher Verwindungssteifigkeit. Neuartige Fügetechniken sowie die Kenntnis der temperaturabhängigen Materialeigenschaften rücken speziell durch die gestiegenen Anforderungen in der Schweißtechnik immer weiter in den Vordergrund. Für die betriebsfeste Auslegung von Schweißverbindungen bilden die lokalen Konzepte eine wesentliche Vereinfachung bei der Bauteildimensionierung. Ausgehend von virtuellen Bauteilgeometrien werden die lokalen Spannungen an Schweißnähten ermittelt und auf die Gesamtstrukturen übertragen. Herstellungsbedingte Eigenspannungen, Phasenumwandlungsprozesse und Verfahrensparameter finden nur eingeschränkt Beachtung und können nicht explizit bewertet werden. Aus einer großen Anzahl von durchgeführten Schweißversuchen werden daher Schweißprozessparameter wie die Streckenenergie, Schweißgeschwindigkeit, und die topographische Ausbildung der Schweißzone abgeleitet und auf ein thermo- mechanisch gekoppeltes Simulationsmodell übertragen. Werkstoff- und Schweißprozessparameter bestimmen die örtlich auftretenden Spannungen und werden nachfolgend für die Berechnung der Schädigung herangezogen. In der vorliegenden Arbeit wird ein Ansatz zur Integration des Eigenspannungszustandes eines komplexen, geschweißten Strukturbauteils aus hochfesten Feinkornbaustahl in der Bauteilauslegung dargestellt. Die tatsächliche Betriebsbelastung wird den Mittelspannungen überlagert und mittels der Lebensdauerberechnungssoftware FEMFAT hinsichtlich der Ermüdung ausgewertet. Die berechnete lokale Bauteilschädigung wird anhand von Schwingfestigkeitsuntersuchungen validiert.

KW - fatigue

KW - high strength steel

KW - welding

KW - Eigenspannungen

KW - Schwingfestigkeit

KW - Hochfester Stahl

KW - Schweißverbindungen

M3 - Dissertation

ER -