TY - THES

T1 - Aufbau einer numerischen Simulationskette zur betriebsfesten Bewertung hochfrequent gehämmerter Schweißverbindungen

AU - Simunek, David

N1 - gesperrt bis 27-02-2019

PY - 2014

Y1 - 2014

N2 - Die Anwendung höherfrequenter Hämmerverfahren (HFH) zur Steigerung der Ermüdungsfestigkeit geschweißter Strukturen gewinnt in der Praxis zunehmend an Bedeutung und wird bereits verbreitet eingesetzt. Dabei wird mit Hilfe eines gehärteten Stahlbolzens der Schweißnahtübergang plastisch verformt, wodurch Druckeigenspannungen erzeugt, die Kerbwirkung reduziert, oberflächennahe Fehler entfernt und das Material lokal verfestigt wird. Die lebensdauersteigernde Wirkung der HFH-Verfahren wird derzeit in Regelwerken nur in Form globaler Konzepte berücksichtigt, wobei eine Auslegung komplexer Strukturen auf Basis lokaler Auslegungsmethoden nicht implementiert ist. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zunächst experimentelle Untersuchungen anhand eines ausgewählten Hämmerverfahrens durchgeführt, um Informationen über die dynamisch wirkenden Kräfte und Eindrucktiefen beim Prozess zu erhalten. Diese Daten dienen als Eingangsparameter für den Aufbau einer Simulationskette, bestehend aus einer Schweißstruktursimulation, einer numerischen Analyse des Hämmerprozesses und einer lokalen Schädigungsberechnung. Durch den Einsatz der Schweißstruktursimulation werden der Eigenspannungszustand und die heterogene Gefügestruktur nach dem Fügeprozess bestimmt. Basierend auf diesen Ergebnissen wird in weiterer Folge der HFH-Prozess numerisch abgebildet. Eine Studie der wesentlichen Prozessparameter zeigt den Einfluss der Nachbehandlung auf die lokale Nahtübergangstopographie und den sich bildenden Eigenspannungszustand. Durch Eigenspannungsmessungen mittels Röntgendiffraktometrie an der realen Probe lassen sich die numerisch ermittelten Ergebnisse verifizieren, wobei eine gute Übereinstimmung erzielt wurde. Abschließend werden mit Hilfe einer numerischen Lebensdauerabschätzung die versagenskritischen Bereiche der unbehandelten und HFH-bearbeiteten Verbindung gegenübergestellt und der Einfluss der geometrischen Kerbe, sowie der Eigenspannungen auf die lokale Schädigung analysiert.

AB - Die Anwendung höherfrequenter Hämmerverfahren (HFH) zur Steigerung der Ermüdungsfestigkeit geschweißter Strukturen gewinnt in der Praxis zunehmend an Bedeutung und wird bereits verbreitet eingesetzt. Dabei wird mit Hilfe eines gehärteten Stahlbolzens der Schweißnahtübergang plastisch verformt, wodurch Druckeigenspannungen erzeugt, die Kerbwirkung reduziert, oberflächennahe Fehler entfernt und das Material lokal verfestigt wird. Die lebensdauersteigernde Wirkung der HFH-Verfahren wird derzeit in Regelwerken nur in Form globaler Konzepte berücksichtigt, wobei eine Auslegung komplexer Strukturen auf Basis lokaler Auslegungsmethoden nicht implementiert ist. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zunächst experimentelle Untersuchungen anhand eines ausgewählten Hämmerverfahrens durchgeführt, um Informationen über die dynamisch wirkenden Kräfte und Eindrucktiefen beim Prozess zu erhalten. Diese Daten dienen als Eingangsparameter für den Aufbau einer Simulationskette, bestehend aus einer Schweißstruktursimulation, einer numerischen Analyse des Hämmerprozesses und einer lokalen Schädigungsberechnung. Durch den Einsatz der Schweißstruktursimulation werden der Eigenspannungszustand und die heterogene Gefügestruktur nach dem Fügeprozess bestimmt. Basierend auf diesen Ergebnissen wird in weiterer Folge der HFH-Prozess numerisch abgebildet. Eine Studie der wesentlichen Prozessparameter zeigt den Einfluss der Nachbehandlung auf die lokale Nahtübergangstopographie und den sich bildenden Eigenspannungszustand. Durch Eigenspannungsmessungen mittels Röntgendiffraktometrie an der realen Probe lassen sich die numerisch ermittelten Ergebnisse verifizieren, wobei eine gute Übereinstimmung erzielt wurde. Abschließend werden mit Hilfe einer numerischen Lebensdauerabschätzung die versagenskritischen Bereiche der unbehandelten und HFH-bearbeiteten Verbindung gegenübergestellt und der Einfluss der geometrischen Kerbe, sowie der Eigenspannungen auf die lokale Schädigung analysiert.

KW - Betriebsfestigkeit

KW - Schweißstruktursimulation

KW - Schweißnahtnachbehandlung

KW - hochfrequente Hämmerverfahren

KW - Simulationskette

KW - fatigue strength

KW - structural weld simulation

KW - post weld treatment

KW - high frequency mechanical impact treatment

KW - simulation loop

M3 - Diplomarbeit

ER -