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Wednesday, September 21, 2022, TZ 3 4:00 PM Stahlbau - Bemessung und Festigkeit |
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Bewertung der Ermüdungsfestigkeit von Rundnähten in Türmen von Windenergieanlagen – Ein Vergleich von experimentelle Untersuchungen und numerisch gestützter Nachweisführung auf Basis örtlicher Konzepte |
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Florian Kalkowsky / Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGP, Deutschland R. Glienke* / Hochschule Wismar, Deutschland A. Hobbacher/ Jade Hochschule, Deutschalnd A. Holch/ Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGP, Deutschland R. Kersten/ Enercon, Deutschland K.-M. Henkel/ Universität Rostock, Deutschland |
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Windenergieanlagen (WEA) erfahren infolge zyklischer Lasteinwirkungen im Laufe ihrer Nutzungsdauer eine Vielzahl von Lastwechseln. Die daraus resultierende Ermüdungsbelastung innerhalb dieser Konstruktion bedingt somit die Notwendigkeit eines Nachweises der Ermüdungsfestigkeit. Für die verschiedenen Konstruktionsdetails innerhalb der Turmstruktur, welche dem Bereich des Stahlbaus zugeordnet wird, erfolgt üblicherweise der Nachweis der Ermüdungsfestigkeit nach dem Eurocode 3 Teil 1-9 und dem darin vereinbarten ??-Konzept. Die definierte Kerbfallklasse eines Konstruktionsdetails ist das Ergebnis weltweit zusammengetragener Versuchsergebnisse, welche für das jeweilige Konstruktionsdetail eine Worst-Case-Annahme definiert. Verschiedenste Einflüsse auf die Ermüdungsfestigkeit sind dabei bereits widerstandsseitig berücksichtigt. Verbunden mit dieser Annahme bestehen die Bestrebungen der Anlagenhersteller zur alternativen bzw. zur Neubewertung von geschweißten Konstruktionsdetails in WEA, unter dem Aspekt der besseren Fertigungsmöglichkeit sowie der Einhaltung der Grenzwerte für die Formabweichungen von Schweißverbindungen. Im Rahmen dieses Beitrags erfolgt durch die Anwendung numerischer Nachweisverfahren mit örtlichen Konzepten eine Bewertung der Ermüdungsfestigkeit verschiedener Konfigurationen von Stumpfnahtschweißungen. Dabei steht der Vergleich des Kerbspannungskonzeptes und der bruchmechanischen Methode im Fokus. Auf Basis von makroskopischen Vermessungen von Nahtgeometrien kann die reale Kerbwirkung im Nachweis berücksichtigt werden. Zur Plausibilisierung der numerischen Ergebnisse werden diese durch Ergebnisse aus Schwingfestigkeitsversuchen ergänzt. Aufbauend auf den erfolgreichen Abgleich zwischen Versuch und numerisch gestützter Nachweisführung soll die Möglichkeit der weiterführenden numerischen Diskussion der schwingfestigkeitsbeeinflussenden Größen der Nahtgeometrie aufgezeigt werden. Im Anschluss daran erfolgt die Betrachtung der Stumpfnaht als umlaufende Rundnaht innerhalb des Turmes einer Windenergieanlage. Ziel dieser ergänzenden Untersuchung ist die Fragestellung der Übertragbarkeit der Ergebnisse auf die reale Anwendung sowie deren kritische Betrachtung. |