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Tuesday, September 15, 2015, Saal Petersburg 5:00 PM Schiffbau II |
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Ermüdungsfestigkeit von laserstrahlgeschweißten T-Stoß-Verbindungen unter kombinierter Axial- und Schubbelastung |
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Christoph Robert* / TU Hamburg-Harburg, Institut für Konstruktion und Festigkeit von Schiffen, Deutschland Wolfgang Fricke / TU Hamburg-Harburg, Institut für Konstruktion und Festigkeit von Schiffen, Deutschland Rigo Peters/ SLV Mecklenburg-Vorpommern GmbH, Deutschland André Sumpf/ SLV Mecklenburg-Vorpommern GmbH, Deutschland Dieter Ungermann/ TU Dortmund, Lehrstuhl Stahlbau, Deutschland Christopher Rüsse/ TU Dortmund, Lehrstuhl Stahlbau, Deutschland |
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Im Stahlbrückenbau und Schiffbau besteht Interesse die Fahrbahnen und Decks, welche konventionell aus orthotropen Platten oder aus Platten und aufgeschweißten Profilen bestehen, durch Stahlhohlplatten zu ersetzen. Eine wirtschaftliche Fertigung von Hohlplatten und ähnlichen geschlossenen Strukturen ist durch die Verwendung von Laserstichnähten möglich geworden. Deckplatten von 10 mm können mit dem Laser prozesssicher und mit einer Anbindungsbreite von 2 bis 3 mm von außen an die innen liegenden Stege angebunden werden. Größere Dimensionen und Einsatzfelder als die der von Meyer Werft entwickelten I-Core-Paneele werden dadurch ermöglicht. Zurzeit fehlen jedoch experimentell abgesicherte Bemessungsverfahren von lasergeschweißten T-Stoß-Verbindungen. So sind weder die oben genannten Laserstichnähte in den aktuellen Normenwerken und Klassifikationsvorschriften verankert, noch gibt es Untersuchungen zur Ermüdungsfestigkeit von lasergeschweißten T-Stoß-Verbindungen unter Schub oder multiaxialen Beanspruchungen aus Axial- und Schubspannungen. In dem zugrunde liegenden Forschungsvorhaben wurden deshalb Ermüdungs- und Traglastversuche unter Schub-, Axial-, Biege- und multiaxialen Belastungen an Laserstichnähten sowie einseitigen Laser- und Laserhybrid-Vollanschlüssen durchgeführt und ausgewertet. Gerade die Bewertung der Lebensdauer von multiaxial belasteten Laserschweißnähten, wie sie in den als Fahrbahn oder Deck eingesetzten Hohlplatten auftauchen werden, stellt sich in der Praxis oftmals als unsicher bzw. sehr konservativ dar. Die hierzu durchgeführten Versuche und lokalen Spannungsberechnungen erarbeiten die Grundlage zu einer verlässlicheren Abschätzung dieser Lebensdauern. Lokale Konzepte wie das Kerbspannungskonzept wurden dazu verwendet die erzielten Ergebnisse zu verallgemeinern und durch parametrische Rechnungen gezielt einzelne, die Lebensdauer beeinflussende, Parameter zu finden und zu analysieren. Die lokalen Konzepte benötigen exakte Naht- und Geometrieparameter, weshalb die Anbindungsbreiten und Exzentrizitäten der Laserstichnähte an hochauflösenden Bruchflächen-Scans präzise ausgemessen wurden. Die Nahtkonturen der Vollanschluss-Proben wurden mit einem Laser-Scanner bestimmt, sodass detailgetreue Finite-Elemente-Modelle erstellt und die lokalen Spannungen ermittelt werden konnten. Neben der Optimierung der Laserschweißnähte konnten so auch Fertigungstoleranzen für eine sichere und wirtschaftliche Dimensionierung von lasergeschweißten Hohlplatten abgeleitet werden. |