Ermüdungsfestigkeit von Schweißverbindungen bei Minusgraden [AVIF-Nr. A 301]

Durchführende Stellen: Technische Universität Hamburg-Harburg, Institut für Konstruktion und Festigkeit von Schiffen (Prof. DSc. (Tech.) Sören Ehlers), Center of Maritime Technologies e.V. (Dr. Frank Roland)

Bearbeitungszeitraum: 01.01.2016 bis 31.12.2018

 


Motivation / Ausgangssituation

Seit Jahren werden Seefahrtsrouten für die Handelsschifffahrt gen Norden in arktischen Gebieten verlegt, sowie Ölplattformen und Windenergieanlagen in Gebieten errichtet, in denen saisonal Minusgrade herrschen. Diese Strukturen und ihre Werkstoffe müssen entsprechend gestaltet sein, damit sie den extremen Umweltanforderungen genügen. Hierfür soll die Anwendbarkeit von höherfestem Stahl, aufgrund seiner nachzuweisenden Eigenschaften unter Minusgraden, aufgezeigt werden. Obwohl bekannt ist, dass sich mit sinkenden Temperaturen die Werkstoffeigenschaften von Stahl und deren Schweißverbindungen ändern, sind die dabei auftretenden Effekte bisher nur wenig erforscht, weswegen große Teile maritimer Strukturen oftmals noch aus normalfesten Stahl gefertigt werden. Bei sorgfältiger Beachtung der Einsatzkriterien, der Fertigungsabläufe sowie der Weiterentwicklung bestehender Bauvorschriften für maritime Strukturen könnte die Anwendung höherfester Stähle erhebliche Vorteile bieten und folglich der Absatz der hiesigen Industrie gesteigert werden.

 

Zusammenfassung der geplanten Ziele und Lösungsschritte

Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es die Anwendbarkeit von höherfestem Stahl in ermüdungsfestigkeitsrelevanten Bereichen nachzuweisen und somit dessen Streckgrenze konstruktiv besser ausschöpfen zu können. Hierfür soll das Verhalten von Grundwerkstoffen und üblichen Schweißverbindungen an höherfesten Stählen bis minus 50°C inklusive der Ermittlung von Wöhlerkennlinien experimentell und rechnergestützt ermittelt werden. Anhand dessen sollen Auslegungskonzepte von betriebsfest zu bemessenden Schweißverbindungen für Schiffbau- und Offshore- Strukturen entstehen.

Um das Gesamtziel zu erreichen, müssen folgende Teilaufgaben bearbeitet werden:

1. Ermittlung des statischen und dynamischen Werkstoffverhaltens bei unterschiedlichen Temperaturen von Raumtemperatur bis -50°C für verschiedene Stahlfestigkeiten

2. Rechnerische Ermittlung des Werkstoffverhaltens auf Basis der Versuche

3. Überprüfung und Erweiterung aktueller Auslegungskonzepte von Schweißverbindungen für Minusgrade.

Diese Teilaufgaben bilden die Grundlagen zur Ermittlung und Bewertung des Werkstoffverhaltens bei Minusgraden.

Der Erkenntnisgewinn über das Ermüdungsverhalten von geschweißten Strukturen verschiedener Stahlfestigkeiten unter extremer Kälteeinwirkung ist maßgeblich sowohl für deren vermehrten Einsatz als auch für zukünftige Entwicklungen neuer Stähle unter Minusgraden. Nach Abschluss des Vorhabens soll, in Absprache mit der beteiligten Klassifikationsgesellschaft, die Basis für die Zulassung von Stählen und Verbindungen unter extremen Bedingungen erweitert werden. Dies betrifft entsprechende Betriebsfestigkeitsklassen von Details wie auch die Auslegungskonzepte im Allgemeinen für schiffbauliche Konstruktionen. Darüber hinaus ist der Erkenntnisgewinn in alle konstruktiven Bereiche transferierbar.

 

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