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T1 - Integrative Methode zur betriebsfesten Auslegung von Laserschweißnähten

AU - Thaler, Michael

N1 - nicht gesperrt

PY - 2012

Y1 - 2012

N2 - Die Forderung Gewicht und Kosten zu sparen ist heutzutage eine der zentralen Herausforderungen einer jeden technischen Neukonstruktion. Impliziert die Einsparung von Gewicht kurzfristig einen direkten Minderverbrauch, z.B. an Treibstoff, so bedingt der Leichtbaugedanke auf mittel- und langfristige Sicht ökonomische Vorteile sowie ökologische Verbesserungen hinsichtlich Energieverbrauch und Schadstoffemission. Konstruktionen die dem Leichtbaugedanken Rechnung tragen sind in ihrer Auslegung näher an die ertragbaren Betriebslasten heranzuführen. Dies bedingt genaue Kenntnis über die lokal auftretenden Belastungen im Bauteil. Ist die zu erwartende Einsatzdauer bekannt, kann durch Auslegung im zeitfesten Bereich desWerkstoffs der Leichtbaugedanke weiter getragen werden. Oftmals werden heutzutage Konstruktionen nach Richtlinien sehr konservativ ausgelegt bzw. fehlen nach wie vor beschreibende Modelle, welche lokal aufgelöst die tatsächliche von der Schweißkonstruktionen ertragene Belastung wiedergeben und eine Lebensdaueranalyse auf Basis dieser Daten zulassen. In dieser Arbeit wird eine lokale Methode vorgestellt, welche örtliche Belastungen des Bauteils durch Schweißeigen- und lastinduzierten Spannungen sowie deren topologiebedingte Umlagerung in den jeweiligen Zonen einer Laserschweißnaht darstellt und eine Bewertung der zu erwartenden Lebensdauer auf Basis örtlicher Belastungen zulässt. Ausgehend von zusatzwerkstofffrei verschweißten, artgleichen als auch artfremden Laserschweißnähten, werden zwei lokale Ansätze für die computergestützte Lebensdauerrechnung vorgestellt. Basierend auf der Feststellung der tatsächlichen Belastung einer Schweißnaht wird je nach Detaillierungsgrad der Analyse das Kontrollvolumen - Modell für Applikationen vorgeschlagen, welche in ihrer Ausführung auf standardisierten Laserschweißnähten basieren. Einen globaleren Ansatz bietet das Konzept des Phasen - Modells. Dieser Ansatz gibt bei allgemeinen Schweißnahtgeometrien Aufschluss hinsichtlich der örtlichen betriebsfesten Grenzen. Die Versuchsmatrix von industriellen Fügesitzbzw. Schweißnahtdesigns kann so bereits durch den virtuellen Versuch im Rechner wesentlich eingeschränkt und die Entwicklungszeit verkürzt werden.

AB - Die Forderung Gewicht und Kosten zu sparen ist heutzutage eine der zentralen Herausforderungen einer jeden technischen Neukonstruktion. Impliziert die Einsparung von Gewicht kurzfristig einen direkten Minderverbrauch, z.B. an Treibstoff, so bedingt der Leichtbaugedanke auf mittel- und langfristige Sicht ökonomische Vorteile sowie ökologische Verbesserungen hinsichtlich Energieverbrauch und Schadstoffemission. Konstruktionen die dem Leichtbaugedanken Rechnung tragen sind in ihrer Auslegung näher an die ertragbaren Betriebslasten heranzuführen. Dies bedingt genaue Kenntnis über die lokal auftretenden Belastungen im Bauteil. Ist die zu erwartende Einsatzdauer bekannt, kann durch Auslegung im zeitfesten Bereich desWerkstoffs der Leichtbaugedanke weiter getragen werden. Oftmals werden heutzutage Konstruktionen nach Richtlinien sehr konservativ ausgelegt bzw. fehlen nach wie vor beschreibende Modelle, welche lokal aufgelöst die tatsächliche von der Schweißkonstruktionen ertragene Belastung wiedergeben und eine Lebensdaueranalyse auf Basis dieser Daten zulassen. In dieser Arbeit wird eine lokale Methode vorgestellt, welche örtliche Belastungen des Bauteils durch Schweißeigen- und lastinduzierten Spannungen sowie deren topologiebedingte Umlagerung in den jeweiligen Zonen einer Laserschweißnaht darstellt und eine Bewertung der zu erwartenden Lebensdauer auf Basis örtlicher Belastungen zulässt. Ausgehend von zusatzwerkstofffrei verschweißten, artgleichen als auch artfremden Laserschweißnähten, werden zwei lokale Ansätze für die computergestützte Lebensdauerrechnung vorgestellt. Basierend auf der Feststellung der tatsächlichen Belastung einer Schweißnaht wird je nach Detaillierungsgrad der Analyse das Kontrollvolumen - Modell für Applikationen vorgeschlagen, welche in ihrer Ausführung auf standardisierten Laserschweißnähten basieren. Einen globaleren Ansatz bietet das Konzept des Phasen - Modells. Dieser Ansatz gibt bei allgemeinen Schweißnahtgeometrien Aufschluss hinsichtlich der örtlichen betriebsfesten Grenzen. Die Versuchsmatrix von industriellen Fügesitzbzw. Schweißnahtdesigns kann so bereits durch den virtuellen Versuch im Rechner wesentlich eingeschränkt und die Entwicklungszeit verkürzt werden.

KW - Welding

KW - Laser Welding

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KW - Lifetime Calculation

KW - Schweißen

KW - Laserschweißen

KW - Ermüdung

KW - Betriebsfestigkeit

M3 - Dissertation

ER -