TY - THES

T1 - Schweißnahtbewertung auf Basis von Volumsmodellen

AU - Otto, Markus

N1 - gesperrt bis 27-03-2019

PY - 2014

Y1 - 2014

N2 - Zur Unterstützung des Auslegungsprozesses komplexer Bauteilstrukturen sind numerische Hilfsmittel Stand der Technik. Um den Leichtbaugedanken erfolgreich umsetzen zu können, werden diese stetig weiter entwickelt und verbessert. Ziel der vorliegenden Diplomarbeit ist eine verbesserte Methode zur numerischen Lebensdauerbewertung von linienförmig geschweißten Stahlverbindungen zu erarbeiten, welche in einen Postprozessor zur Betriebsfestigkeitsanalyse implementierbar ist. Im Rahmen einer umfangreichen Studie ausgewählter Hypothesen zur Lebensdaueranalyse von geschweißten Strukturen werden die Vor- und Nachteile der einzelnen Methoden aufgezeigt. Dabei wird auf eine mögliche Umsetzung in den Betriebsfestigkeits-Postprozessor FEMFAT WELD geachtet. Die Untersuchungen beziehen sich auf Stahlwerkstoffe und berücksichtigen den Einfluss der Blechdicke, von Schweißnahtanfängen, sowie mehrachsiger Beanspruchung. Bei der vorgeschlagenen Bewertungsmethode, welche auf der Methode des kritischen Spannungsabstandes basiert, werden die mittels Finite-Elemente-Methode berechneten Strukturspannungen von grob vernetzten Volumsmodellen anhand von Kerbwirkungszahlen zu den schädigungsrelevanten Effektivspannungen umgerechnet. Für die Ermittlung der Strukturspannungen werden unterschiedliche Möglichkeiten aufgezeigt, wobei die Untersuchungen zeigen, dass die lineare Spannungsextrapolation mit zwei Stützstellen zu bevorzugen ist. Zur Ermittlung der Schädigungssumme wird eine Masterwöhlerlinie angegeben und die lineare Schadensakkumulation angewendet. Die Kerbwirkungszahlen werden für unterschiedliche Schweißnahttypen und Beanspruchungsarten an ebenen Modellen mit einem Kerbradius von r = 0,05 mm an der Schweißnahtwurzel und dem Übergang ausgewertet und in einer Datenbank gespeichert. Hinsichtlich der Modellierung von Schweißverbindungen im Preprozessor werden mehrere Varianten diskutiert und eine Empfehlung zur Erzielung der besten Genauigkeit ausgesprochen. Um eine experimentelle Verifikation der numerisch bestimmten Lebensdauer zu ermöglichen, wurden verschiedene Schwingversuche aus der Literatur nachgerechnet. Diese Berechnungen wurden auch mit FEMFAT WELD und Methoden, basierend auf fein vernetzten FE-Modellen, durchgeführt. Somit ist ein direkter Vergleich der ermittelten Lebensdauern bei verschiedenen Konzepten möglich, wodurch die Berechnungsgenauigkeit, besonders bei komplexen Bauteilen und Beanspruchungen, durch die vorgestellte spannungsabstandsbasierte Bewertungsmethode optimiert werden kann.

AB - Zur Unterstützung des Auslegungsprozesses komplexer Bauteilstrukturen sind numerische Hilfsmittel Stand der Technik. Um den Leichtbaugedanken erfolgreich umsetzen zu können, werden diese stetig weiter entwickelt und verbessert. Ziel der vorliegenden Diplomarbeit ist eine verbesserte Methode zur numerischen Lebensdauerbewertung von linienförmig geschweißten Stahlverbindungen zu erarbeiten, welche in einen Postprozessor zur Betriebsfestigkeitsanalyse implementierbar ist. Im Rahmen einer umfangreichen Studie ausgewählter Hypothesen zur Lebensdaueranalyse von geschweißten Strukturen werden die Vor- und Nachteile der einzelnen Methoden aufgezeigt. Dabei wird auf eine mögliche Umsetzung in den Betriebsfestigkeits-Postprozessor FEMFAT WELD geachtet. Die Untersuchungen beziehen sich auf Stahlwerkstoffe und berücksichtigen den Einfluss der Blechdicke, von Schweißnahtanfängen, sowie mehrachsiger Beanspruchung. Bei der vorgeschlagenen Bewertungsmethode, welche auf der Methode des kritischen Spannungsabstandes basiert, werden die mittels Finite-Elemente-Methode berechneten Strukturspannungen von grob vernetzten Volumsmodellen anhand von Kerbwirkungszahlen zu den schädigungsrelevanten Effektivspannungen umgerechnet. Für die Ermittlung der Strukturspannungen werden unterschiedliche Möglichkeiten aufgezeigt, wobei die Untersuchungen zeigen, dass die lineare Spannungsextrapolation mit zwei Stützstellen zu bevorzugen ist. Zur Ermittlung der Schädigungssumme wird eine Masterwöhlerlinie angegeben und die lineare Schadensakkumulation angewendet. Die Kerbwirkungszahlen werden für unterschiedliche Schweißnahttypen und Beanspruchungsarten an ebenen Modellen mit einem Kerbradius von r = 0,05 mm an der Schweißnahtwurzel und dem Übergang ausgewertet und in einer Datenbank gespeichert. Hinsichtlich der Modellierung von Schweißverbindungen im Preprozessor werden mehrere Varianten diskutiert und eine Empfehlung zur Erzielung der besten Genauigkeit ausgesprochen. Um eine experimentelle Verifikation der numerisch bestimmten Lebensdauer zu ermöglichen, wurden verschiedene Schwingversuche aus der Literatur nachgerechnet. Diese Berechnungen wurden auch mit FEMFAT WELD und Methoden, basierend auf fein vernetzten FE-Modellen, durchgeführt. Somit ist ein direkter Vergleich der ermittelten Lebensdauern bei verschiedenen Konzepten möglich, wodurch die Berechnungsgenauigkeit, besonders bei komplexen Bauteilen und Beanspruchungen, durch die vorgestellte spannungsabstandsbasierte Bewertungsmethode optimiert werden kann.

KW - fatigue strength

KW - assessment of welded joints

KW - solid model

KW - weld joint

KW - Betriebsfestigkeit

KW - Schweißnahtbewertung

KW - Volumenmodell

KW - Schweißverbindung

M3 - Diplomarbeit

ER -