TY - THES

T1 - Ermüdungsfestigkeitsbewertung ultrahochfester Schweißverbindungen bei variabler Betriebsbeanspruchung

AU - Pußwald, Stefan

N1 - gesperrt bis 07-12-2022

PY - 2017

Y1 - 2017

N2 - Damit der laufenden Forderung nach einer Gewichtsreduktion und einem nachhaltigen Materialeinsatz nachgekommen werden kann, ist neben einer effizienten und betriebsfesten Bauteildimensionierung auch der Einsatz von modernen, höherfesten Werkstoffen erforderlich. Durch die Verwendung von ultrahochfesten Feinkornbaustählen und die Kenntnis auftretender Betriebslasten lassen sich beanspruchungsgerechte Leichtbaustrukturen auslegen. Mit Hilfe geeigneter Schweißverfahren können somit komplexe Strukturen erzeugt werden, welche im Kran- und Automobilbau Anwendung finden. In dieser Masterarbeit wird das Ermüdungsverhalten von ultrahochfesten Stumpfnahtverbindungen unter variablen, betriebsähnlichen Schwing-Beanspruchungen untersucht. Um die im Betrieb auftretenden Lasten möglichst realitätsnah abbilden zu können, werden zwei unterschiedliche Belastungskollektive definiert. Dabei handelt es sich auf der einen Seite um ein Geradlinienkollektiv, welches die Beanspruchungen aus Bodenunebenheiten und kleinen Vibrationen widerspiegelt. Das zweite Kollektiv entspricht dem Gaußkollektiv und repräsentiert die typischen Betriebsverhältnisse im Mobilkranbau. Die Schwingversuche werden bei schwellender und wechselnder Normalspannung an unbehandelten, geschweißten Stumpfnahtverbindungen durchgeführt, um neben dem Einfluss der unterschiedlichen Kollektivform auch den Effekt von fluktuierenden Mittelspannungen zu erfassen. Nach einer statistischen Auswertung der Versuchspunkte weisen die Ergebnisse unter variabler Amplitude sowohl im Kurzzeit- als auch im Langzeitfestigkeitsbereich einen deutlich höheren Ermüdungswiderstand als die der Wöhlerversuche auf. Die experimentellen Ergebnisse bei variabler Amplitude werden mit Hilfe einer linearen Schadensakkumulationsrechnung den Resultaten für konstante Beanspruchungsamplituden gegenübergestellt, woraus eine tatsächliche Schadenssumme ermittelt wird. Eine Gegenüberstellung dieser Werte mit den Ergebnissen aus den Versuchen zeigt, dass die tatsächlichen Schadenssummen in einem Bereich von 0.19 bis 2.21 liegen, welche den in der Literatur angegebenen Schadenssummen unter Berücksichtigung des Streubandes entsprechen. Des Weiteren wird eine Umrechnung der Versuchspunkte bei den variablen Beanspruchungen in eine schädigungsäquivalente Spannungsschwingbreite für konstante Belastung durchgeführt. Hierbei wird eine von der Kollektivform unabhängige Schadenssumme von D=0.5 evaluiert, welche den Werten gängiger Empfehlungen entspricht. Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die evaluierten Schadenssummen den Werten aus Literatur und Richtlinien entsprechen und daher auch für eine Betriebsfestigkeitsbewertung ultrahochfester Schweißverbindungen anwendbar sind.

AB - Damit der laufenden Forderung nach einer Gewichtsreduktion und einem nachhaltigen Materialeinsatz nachgekommen werden kann, ist neben einer effizienten und betriebsfesten Bauteildimensionierung auch der Einsatz von modernen, höherfesten Werkstoffen erforderlich. Durch die Verwendung von ultrahochfesten Feinkornbaustählen und die Kenntnis auftretender Betriebslasten lassen sich beanspruchungsgerechte Leichtbaustrukturen auslegen. Mit Hilfe geeigneter Schweißverfahren können somit komplexe Strukturen erzeugt werden, welche im Kran- und Automobilbau Anwendung finden. In dieser Masterarbeit wird das Ermüdungsverhalten von ultrahochfesten Stumpfnahtverbindungen unter variablen, betriebsähnlichen Schwing-Beanspruchungen untersucht. Um die im Betrieb auftretenden Lasten möglichst realitätsnah abbilden zu können, werden zwei unterschiedliche Belastungskollektive definiert. Dabei handelt es sich auf der einen Seite um ein Geradlinienkollektiv, welches die Beanspruchungen aus Bodenunebenheiten und kleinen Vibrationen widerspiegelt. Das zweite Kollektiv entspricht dem Gaußkollektiv und repräsentiert die typischen Betriebsverhältnisse im Mobilkranbau. Die Schwingversuche werden bei schwellender und wechselnder Normalspannung an unbehandelten, geschweißten Stumpfnahtverbindungen durchgeführt, um neben dem Einfluss der unterschiedlichen Kollektivform auch den Effekt von fluktuierenden Mittelspannungen zu erfassen. Nach einer statistischen Auswertung der Versuchspunkte weisen die Ergebnisse unter variabler Amplitude sowohl im Kurzzeit- als auch im Langzeitfestigkeitsbereich einen deutlich höheren Ermüdungswiderstand als die der Wöhlerversuche auf. Die experimentellen Ergebnisse bei variabler Amplitude werden mit Hilfe einer linearen Schadensakkumulationsrechnung den Resultaten für konstante Beanspruchungsamplituden gegenübergestellt, woraus eine tatsächliche Schadenssumme ermittelt wird. Eine Gegenüberstellung dieser Werte mit den Ergebnissen aus den Versuchen zeigt, dass die tatsächlichen Schadenssummen in einem Bereich von 0.19 bis 2.21 liegen, welche den in der Literatur angegebenen Schadenssummen unter Berücksichtigung des Streubandes entsprechen. Des Weiteren wird eine Umrechnung der Versuchspunkte bei den variablen Beanspruchungen in eine schädigungsäquivalente Spannungsschwingbreite für konstante Belastung durchgeführt. Hierbei wird eine von der Kollektivform unabhängige Schadenssumme von D=0.5 evaluiert, welche den Werten gängiger Empfehlungen entspricht. Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die evaluierten Schadenssummen den Werten aus Literatur und Richtlinien entsprechen und daher auch für eine Betriebsfestigkeitsbewertung ultrahochfester Schweißverbindungen anwendbar sind.

KW - ultrahochfeste Schweißverbindungen

KW - variable Betriebsbeanspruchung

KW - Ermüdungsfestigkeit

KW - schädigungsäquivalente Spannungsschwingbreite

KW - tatsächliche Schadenssumme

KW - ultra high-strength steels

KW - variable amplitude loading

KW - fatigue strength

KW - equivalent stress range

KW - specified damage sum

M3 - Masterarbeit

ER -