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Wednesday, September 21, 2022, TZ 3 3:00 PM Stahlbau - Bemessung und Festigkeit |
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Modifizierter Betriebsfestigkeitsnachweis von unbehandelten und HFH-nachbehandelten Schweißkonstruktionen unter Berücksichtigung von Kollektivform, Spannungsverhältnis und Kerbdetail |
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Richard Schiller* / Hochschule für angewandte Wissenschaften München, Institut für Material- und Bauforschung, Labor für Stahl- und Leichtmetallbau, Fakultät Bauingenieurwesen, Deutschland Imke Engelhardt / Hochschule München, Deutschland |
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Im Forschungsvorhaben „Modifizierter Betriebsfestigkeitsnachweis“ (IGF-Nr. 20.968 N) wird der Einfluss von Kollektivform, Spannungsverhältnis, Kerbdetail und Randschichtzustand auf die Betriebsfestigkeit geschweißter Stahlkonstruktionen am Beispiel von experimentellen Schwingfestigkeitsversuchen an einseitig geschweißten Quersteifen-Probekörpern, weiteren Beispielen aus der Literatur und anhand numerischer Berechnungen zur Anriss- und Rissfortschrittslebensdauer untersucht. Im Rahmen einer Sensitivitätsanalyse wird die Eignung bestehender Schadensakkumulationshypothesen für „wie geschweißte“ und „HFH-nachbehandelte“ Schweißverbindungen hinsichtlich der Berücksichtigung dieser Einflussparameter überprüft. Der Einfluss der Kollektivform auf die Betriebsfestigkeit wird am Beispiel eines p(1/3)-Kollektivs und eines Linear-Kollektivs gleichen Kollektivumfangs unter zufallsartiger Beanspruchung bestimmt. Eine Bewertung der genannten relevanten Einflussfaktoren auf die Betriebsfestigkeit erfolgt auf Basis eines zweistufigen Betriebslastmodells mit numerischer Ermittlung der Anriss- und Rissfortschrittslebensdauern. Die Ergebnisse der Ermüdungsversuche zeigen eine deutliche Steigerung der Ermüdungsfestigkeit der Quersteifen-Proben im „HFH-nachbehandelten“ Zustand gegenüber dem „wie geschweißten“ Zustand. Die Steigerung der Ermüdungsfestigkeit zeichnet sich im Zeitfestigkeitsbereich durch eine flachere Neigung der Wöhler- und Lebensdauerlinien aus. Der Einfluss der Mittelspannungsveränderung wurde auf Basis von Schwingfestigkeitsversuchen der Spannungsverhältnisse R=0,1 und R=-1 untersucht. Dabei zeigt sich besonders bei den HFH-nachbehandelten Proben ein deutlicher Einfluss des Spannungsverhältnisses auf den Versagensort der Probekörper. Während die Probekörper bei einem Spannungsverhältnis R=0,1 in der nachbehandelten Zone der Schweißverbindung versagen, zeichnet sich das Versagen der Probekörper beim Spannungsverhältnis R=-1 durch Grundmaterialbrüche mit einem Rissausgangsort im Bereich von ca. 2 bis 4 mm vor der nachbehandelten Zone aus. Die unterschiedlichen Versagensorte resultieren schließlich in einer Änderung der Neigung der Wöhler- und Lebensdauerlinien und somit in einer Steigerung der Ermüdungsfestigkeit bei Zug-Druck-wechselnder gegenüber einer Zug-schwellenden Beanspruchung. Basierend auf den experimentellen und numerischen Untersuchungen werden die relevanten Einflussfaktoren wie Kollektivform, Spannungsverhältnis, Kerbdetail und Randschichtzustand auf die Schadenssummen unter Anwendung probabilistischer Methoden empirisch abgeleitet und in einem Ingenieurmodell in einem modifizierten Betriebsfestigkeitsnachweis berücksichtigt. |