IBESS - Rissfortschrittsuntersuchung an Längssteifen zur Validierung der IBESS-Prozedur [IGF-Nr. 17519 N]

AiF-DFG-Cluster-Vorhaben

Durchführende Stelle: TU Hamburg-Harburg (Prof. Fricke)

Bearbeitungszeitraum: 01.05.2012 bis 31.10.2015

 


Motivation / Ausgangssituation

Das Rissfortschrittskonzept wird bislang relativ selten in der Praxis angewendet, obwohl es als einziges Konzept geeignet ist, beliebige geschweißte Strukturen hinsichtlich ihrer Schwingfestigkeit rechnerisch zu bewerten. Hauptgründe hierfür sind neben dem höheren Aufwand zur Berechnung des Kurzrissverhaltens und der Spannungsintensitäten vor allem Unsicherheiten hinsichtlich der anzusetzenden Anfangsrisslängen, der Entwicklung der Rissform in geometrisch komplizierten Fällen, des Einflusses der lokalen Schweißnahtgeometrie, der fertigungsbedingten Eigenspannungen und der Mittelspannungen.

Die Unsicherheiten betreffen in hohem Maße komplexe Schweißkonstruktionen, wie sie beispielsweise im Stahlbau, im Schiffbau, in Offshore-Bauwerken sowie im Kranbau vorkommen. In den anrisskritischen Bereichen dieser Konstruktionen spielen die thematisierten Einflüsse der lokalen Geometrie, der Eigenspannungen und Mittelspannungen eine große Rolle, woraus sich ein erheblicher Forschungsbedarf ergibt.

 

Zusammenfassung der geplanten Ziele und Lösungsschritte

Entsprechend dem Forschungsansatz zum Clusterprojekt mit insgesamt acht Partnern besteht das Ziel des Vorhabens in der Entwicklung eines Konzeptes zur umfassenden, integralen bruchmechanischen Ermittlung der Schwingfestigkeit von Schweißverbindungen, mit dem für eine in der Praxis gegebene Schweißnahtsituation eine Wöhlerlinie ermittelt werden kann.

Das vorliegende Teilvorhaben mit dem o.g. Titel verfolgt dabei das Ziel, mit experimentellen und rechnerischen Untersuchungen die Einflüsse der lokalen Schweißnahtgeometrie und der Eigenspannungen auf das Rissfortschrittsverhalten in komplexen Schweißkonstruktionen zu ermitteln und hiermit Bausteine des genannten Konzeptes zu entwickeln. Dabei konzentriert sich das vorliegende Vorhaben auf relativ dickwandige (10 mm) geschweißte Plattenstrukturen aus dem niedriglegierten Baustahl S355, wie sie für den Schiffbau und für Offshore-Konstruktionen typisch sind. Im Fokus stehen vor allem die umschweißten Enden sog. Längssteifen, die in vielfältiger Form auftreten. Neben der Behandlung dieser spezifischen Struktur besteht das Forschungsziel vor allem darin, die im Forschungscluster entwickelte IBESS-Prozedur anhand der Längssteifen zu verifizieren.

Als wesentliches Ergebnis wird ein verbessertes Nachweiskonzept für Lebensdauerprognosen geschweißter Konstruktionen erwartet, das – experimentell abgesichert – relevante fertigungsbedingte und geometrische Einflüsse bei komplexen Strukturen zutreffender berücksichtigen kann. Hierzu werden Ergebnisse hinsichtlich der Einflüsse der lokalen Nahtgeometrie, der Eigenspannungen und möglicher schweißbedingter Anfangsdefekte erwartet. Aus den rechnerischen Analysen und dem Vergleich mit den Experimenten ergeben sich Empfehlungen für Berechnungsprozeduren, die in Vorschriften, Richtlinien sowie Softwareprodukte einfließen sollen.

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