Vergleichende Untersuchungen der Schwingfestigkeit von Knieblechverbindungen (AVIF-Nr. A 191)

Durchführende Stelle: Technische Universität Hamburg-Harburg (Prof. Fricke)

Bearbeitungszeitraum: 01.01.2003 - 30.06.2003

Abschlussbericht: CMT 9/2007

 


Projektzusammenfassung:

 

Überlappte Knieblechverbindungen gehören seit langer Zeit zu den bewährten Detailkonstruktionen, die vor allem im deutschen Schiffbau konsequent angewendet werden. Da Passarbeiten nicht notwendig sind, zeichnen sie sich als kostengünstige Lösung in der Fertigung aus.

In jüngster Zeit werden von großen internationalen Reedereien Knieblechverbindungen zwischen Steifen mittels eingepasstem Knieblech gefordert. Begründet wird diese Forderung mit einer geringeren Gefahr der Rissbildung gegenüber der überlappten Knieblechverbindung. Ein quantitativer Nachweis dieser Forderung fehlt jedoch.

Diese Forderung hat zur Folge, dass ein Mehraufwand an Arbeitszeit für eingepasste Kniebleche in der Konstruktion, in der individuellen Anfertigung sowie im Abschweißen der Kniebleche betrieben werden muss. Diesem Mehraufwand scheint keine qualitativ bessere Konstruktion gegenüber zu stehen.

Eine rechnerische Bewertung der unterschiedlichen Ausführungen hinsichtlich des Schwingfestigkeitsverhaltens ist derzeit nur begrenzt möglich. Eine Modellbildung ist insbesondere bei den zumeist verwendeten Wulstprofilen noch unklar. Fertigungseinflüsse werden durch die zur Verfügung stehenden Konzepte nicht ausreichend erfasst.

Im Rahmen dieser Vorstudie sollten Zweifel an der Frage ausgeräumt werden, ob die überlappte Verbindung der eingepassten gleichwertig ist. Hierzu wurden neben einer Recherche des Standes der Technik Versuche und Berechnungen an zwei Verbindungspaaren (überlappt und eingepasst) durchgeführt. Ziel war die Schaffung einer Entscheidungsgrundlage über weitere Untersuchungen zum Betriebsfestigkeitsverhalten der Knieblechverbindungen sowie zu Berechnungs- und Bewertungsprozeduren, die für das vorliegende Konstruktionsdetail insbesondere in Verbindung mit Flachwulstprofilen angewendet werden können.

Anrisse zeigten sich bei den Versuchen ausschließlich an den Knieblechausläufen, von denen jedes Modell vier enthielt, die paarweise etwas unterschiedlich beansprucht wurden. Aus der Anzahl der angerissenen Knieblechausläufe und der zugehörigen Lastwechselzahl geht eindeutig hervor, dass die überlappte Knieblechvariante der eingepassten überlegen ist. Hiermit ist die Fragestellung der Vorstudie beantwortet.

Jedoch bleiben viele Fragen offen, denen in einer Hauptstudie nachgegangen werden soll:

1. Wie hoch ist die statistisch abgesicherte Anrisslebensdauer der beiden Varianten?

2. Welche Risslänge bestimmt ein sinnvolles Versagenskriterium?

3. Wie lässt sich an Knieblechausläufen eine sinnvolle Strukturspannung ermitteln? Hierzu sollen die Dehnungsmessungen und FE-Ergebnisse für verschiedene Vernetzungen herangezogen werden.

4. Inwieweit wird die Anrisslebensdauer vom lokalen Nahtprofil bestimmt, welches infolge der Handschweißung sehr unterschiedlich ausfällt? Hierzu müssten die Nahtprofile aufgemessen und zugehörige Kerbspannungen ermittelt werden.

5. Mit welchen Rechenmodellen bzw. daraus resultierenden Beanspruchungen kann die Anrisslebensdauer in der Bemessungspraxis prognostiziert werden? Wie kann beim einfachen Nennspannungskonzept die Querbiegung berücksichtigt werden?

6. Angesichts der Querbiegung des HP-Profils, die beim eingepassten Knieblech unerwartet groß ist, stellt sich die Frage, wie sich die verschiedenen Knieblechvarianten am symmetrischen Flachstahlprofil verhalten, das ebenfalls im Schiffbau gebräuchlich ist.

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