TY - THES

T1 - Betriebsfestigkeitsbewertung HFMI-nachbehandelter Schweißverbindungen auf Basis lokaler Konzepte

AU - Gerstbrein, Stefan

N1 - gesperrt bis 12-11-2024

PY - 2019

Y1 - 2019

N2 - Die steigenden Anforderungen an geschweißte Konstruktionen hinsichtlich eines anwendungsorientierten Leichtbaus erfordern den Einsatz hochfester Materialien und computerunterstützter Auslegung. Als Ausgangspunkt zur Dimensionierung einer neuen Konstruktionsvariante ist eine möglichst genaue Kenntnis der im Betrieb auftretenden Belastungen erforderlich. Ein wesentlicher Teil der vorliegenden Arbeit widmet sich demnach der Erarbeitung einer Methodik, wobei basierend auf experimentellen Messungen und numerischen Beanspruchungsanalysen, eine Ermittlung der auftretenden, komplexen und zeitlich variablen Betriebslasten möglich ist. Hierfür werden die lokalen Beanspruchungszustände einer bestehenden Kranstruktur untersucht und durch Dehnungsmessstreifen (DMS) experimentell verifiziert, sowie an sechs definierten Positionen im realen Betrieb des Forstgerätes gemessen. Für die weitere Rückrechnung auf die eingeleiteten Kräfte am Kranende dient ein Ansatz basierend auf der Moore-Penrose Pseudoinverse. Dazu wurde in drei Grundlastfällen, in allen technisch möglichen Zylinderstellungen eine Nennlast aufgebracht und die durch numerische Analyse ermittelten Nominalspannungswerte an den Messpositionen ausgewertet. Es wurde ein MATLAB-Skript erstellt, welches ausgehend von den aufgezeichneten Messdaten im Betrieb, automatisiert für jeden Zeitschritt die auftretenden Kräfte über die Pseudoinverse errechnet und ausgibt. Zur zusätzlichen Steigerung des Leichtbaupotentials geschweißter Stahlverbindungen haben vorangegangene Untersuchungen die besonders effektive Wirkungsweise höherfrequenter Hämmerverfahren (HFMI) als Nachbehandlung gezeigt. Eine Verifizierung dieser Technik wird anhand von begleitenden Schwingfestigkeitsuntersuchungen an geschweißten und HFMI-nachbehandelten, hochfesten Proben durchgeführt. Durch variable Blockversuche und einer Berechnung der äquivalenten, lokalen Beanspruchung kann ein signifikanter Einfluss des Belastungskollektivs auf die Lebensdauer evaluiert werden. Abschließend wird eine rechnerische Lebensdauerabschätzung einer ausgewählten Stelle der Konstruktion unter Berücksichtigung einer HFMI-Nachbehandlung durchgeführt. Hierbei wird die vorteilhafte Anwendbarkeit der aufgebauten Methodik aufgezeigt, wodurch eine betriebsfeste Auslegung von Kranstrukturen in Leichtbauweise ermöglicht wird.

AB - Die steigenden Anforderungen an geschweißte Konstruktionen hinsichtlich eines anwendungsorientierten Leichtbaus erfordern den Einsatz hochfester Materialien und computerunterstützter Auslegung. Als Ausgangspunkt zur Dimensionierung einer neuen Konstruktionsvariante ist eine möglichst genaue Kenntnis der im Betrieb auftretenden Belastungen erforderlich. Ein wesentlicher Teil der vorliegenden Arbeit widmet sich demnach der Erarbeitung einer Methodik, wobei basierend auf experimentellen Messungen und numerischen Beanspruchungsanalysen, eine Ermittlung der auftretenden, komplexen und zeitlich variablen Betriebslasten möglich ist. Hierfür werden die lokalen Beanspruchungszustände einer bestehenden Kranstruktur untersucht und durch Dehnungsmessstreifen (DMS) experimentell verifiziert, sowie an sechs definierten Positionen im realen Betrieb des Forstgerätes gemessen. Für die weitere Rückrechnung auf die eingeleiteten Kräfte am Kranende dient ein Ansatz basierend auf der Moore-Penrose Pseudoinverse. Dazu wurde in drei Grundlastfällen, in allen technisch möglichen Zylinderstellungen eine Nennlast aufgebracht und die durch numerische Analyse ermittelten Nominalspannungswerte an den Messpositionen ausgewertet. Es wurde ein MATLAB-Skript erstellt, welches ausgehend von den aufgezeichneten Messdaten im Betrieb, automatisiert für jeden Zeitschritt die auftretenden Kräfte über die Pseudoinverse errechnet und ausgibt. Zur zusätzlichen Steigerung des Leichtbaupotentials geschweißter Stahlverbindungen haben vorangegangene Untersuchungen die besonders effektive Wirkungsweise höherfrequenter Hämmerverfahren (HFMI) als Nachbehandlung gezeigt. Eine Verifizierung dieser Technik wird anhand von begleitenden Schwingfestigkeitsuntersuchungen an geschweißten und HFMI-nachbehandelten, hochfesten Proben durchgeführt. Durch variable Blockversuche und einer Berechnung der äquivalenten, lokalen Beanspruchung kann ein signifikanter Einfluss des Belastungskollektivs auf die Lebensdauer evaluiert werden. Abschließend wird eine rechnerische Lebensdauerabschätzung einer ausgewählten Stelle der Konstruktion unter Berücksichtigung einer HFMI-Nachbehandlung durchgeführt. Hierbei wird die vorteilhafte Anwendbarkeit der aufgebauten Methodik aufgezeigt, wodurch eine betriebsfeste Auslegung von Kranstrukturen in Leichtbauweise ermöglicht wird.

KW - Welded Joints

KW - HFMI

KW - Moore-Penrose Pseudoinverse

KW - Service strength

KW - Schweißverbindungen

KW - HFMI

KW - Moore-Penrose Pseudoinverse

KW - Betriebsfestigkeit

M3 - Masterarbeit

ER -