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Wednesday, September 16, 2020, Virtueller Raum 1 1:30 PM Konstruktion und Festigkeit II |
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Modellieren von Schweißnähten zum Nachweis der Ermüdungsfestigkeit mit dem Örtlichen Konzept |
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Winniefred Rudorffer* / IMAB TU Clausthal, Deutschland Michael Wächter / TU Clausthal / Institut für Maschinelle Anlagentechnik und Betriebsfestigkeit, Deutschland Alfons Esderts/ TU Clausthal / Institut für Maschinelle Anlagentechnik und Betriebsfestigkeit, Deutschland Florian Dittmann/ Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik, Deutschland Sergii Moroz/ Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik, Deutschland Igor Varfolomeev/ Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik, Deutschland |
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In dem, von der AiF geförderten, Kooperationsprojekt von DVS und FKM sollte die FKM-Richtlinie Nichtlinear auf geschweißte Bauteile übertragbar gemacht werden. Der rechnerische Ermüdungsfestigkeitsnachweis von Schweißnähten ist im regulierten bzw. im durch Richtlinien (IIW-Empfehlungen, FKM-Richtlinie) abgedeckten Bereich auf die Auslegung im Zeit- und Dauerfestigkeitsbereich beschränkt. Im Kurzzeitfestigkeitsbereich können die plastischen Verformungsanteile nicht vernachlässigt werden und der Nachweis mit elastizitätstheoretisch angenommenem Werkstoffverhalten kann nicht mehr mit ausreichender Treffsicherheit durchgeführt werden. Durch diese Begrenzung werden nicht nur Fälle mit sehr kurzen geforderten Lebensdauern von der rechnerischen Auslegung ausgeschlossen, sondern auch Konstruktionsdetails, die hauptsächlich mit Lasten im Zeit- oder im Dauerfestigkeitsbereich beansprucht werden, wenn die Beanspruchungskollektive wenige Schwingspiele mit großen Amplituden, beispielsweise aus Sonderereignissen oder der Montage, aufweisen. Für die Auslegung von nichtgeschweißten Bauteilen ist die FKM-Richtlinie Nichtlinear 2019 veröffentlicht worden, mit der sich rechnerische Ermüdungsfestigkeitsnachweise in allen Lebensdauerbereichen (inklusive LCF-Bereich) erbringen lassen. Das, als Grundlage für diese Richtlinie, dienende Kerbgrunddehnungskonzept lässt sich auch auf Schweißnähte anwenden, dazu wurde in diesem Forschungsprojekt die Übertragbarkeit der Algorithmen der FKM-Richtlinie Nichtlinear auf Schweißverbindungen überprüft und die Algorithmen an den entscheidenden Stellen angepasst. Zusätzlich wurde eine Strategie entwickelt, mit der sich Schweißnähte mit möglichst wenig Aufwand als FE-Modell nachbilden und mit den örtlichen Werkstoffeigenschaften versehen lassen, um die örtlichen Beanspruchungen als Eingabedaten für die Berechnung ermitteln zu können. Auch das Potenzial von Schweißsimulationen zur Modellierung und Parametrisierung der Schweißnähte wurde im Hinblick auf die Lebensdauerberechnung untersucht. Abschließend ist das in der FKM-Richtlinie Nichtlinear enthaltene Sicherheitskonzept auf Schweißnähte angepasst worden. Durch dieses Projekt ist die Ermüdungsfestigkeit auch bei hohen plastischen Verformungen für geschweißte Bauteile nachweisbar. Es können Lebensdauern im Kurzzeitfestigkeitsbereich nachgewiesen werden, gleichzeitig ist ein durchgängiges und standardisiertes Berechnungskonzept für alle Lebensdauerbereiche entstanden. Durch die Übertragbarkeit der FKM-Richtlinie Nichtlinear ist die Berechnung von geschweißten und nicht geschweißten Bereichen eines Bauteils mit demselben Konzept möglich. |