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Schwingfestigkeit von Nahtenden MSG-geschweißter Feinbleche aus Stahl unter Schubbeanspruchung

Shams, Ehsan and Vormwald, Michael (2013):
Schwingfestigkeit von Nahtenden MSG-geschweißter Feinbleche aus Stahl unter Schubbeanspruchung.
Forschungsvereinigung Automobiltechnik e.V., FAT, In: FAT - Schriftenreihe 250, [Online-Edition: http://www.vda.de/de/downloads/1147/?PHPSESSID=v9ci4sj8qp9l4...],
[Report]

Abstract

Im AVIF-Projekt A 249 „Schwingfestigkeitsbewertung von Nahtenden MSG- geschweißter Dünnbleche aus Stahl“ konnte ein Konzept zur Schwingfestigkeitsbewertung von Schweißnahtenden unter Längs- und Querzug sowie Biegung erarbeitet werden. Im Rahmen des vorliegenden AVIF Projektes A 268 „Schwingfestigkeit von Schweißnahtenden unter Schubbeanspruchung“ sollte dieses Konzept auf den Lastfall Schub erweitert werden. Kern des Projektes A 268 war die Erfassung der realen Nahtgeometrie mittels eines optischen 3D Scanners (Flächenauflösung: 30µm, Tiefenauflösung: 5µm) zur Berücksichtigung des für den Lastfall Schub maßgebenden Übergangsbereiches vom Nahtfuß zur Nahtwurzel sowie der Wurzelkerbe selbst. Es ist hierbei erstmals gelungen, durch kryogenisches Aufbrechen der Schweißnaht auch die Geometrie der Wurzelkerbe mit dem Scanner aufzunehmen. Um die aufgebrochene und anschließend gescannte Naht numerisch berechnen zu können, wurde ein Verfahren entwickelt, mit dem sich aus den Scans vor und nach dem Aufbrechen der Naht ein geschlossener Volumenkörper bilden lässt. Die Berechnung der Kerbspannungen erfolgte mit Hilfe der Methode der Finiten Elemente unter Zuhilfenahme der Submodelltechnik. In einem ersten Submodell mit komprimiertem Netz kann der Ort der maximalen Kerbspannung identifiziert werden. An einem zweiten Submodell mit höchster Ortsauflösung wurden die Kerbspannungen bestimmt. Das Grobmodell wurde per Hand modelliert und stellt eine Idealisierung der Naht dar. Auf Basis des im Rahmen des Vorgängerprojektes AVIF A 249 entwickelten parametrisierten Nahtendmodells konnte ein idealisiertes Nahtendmodell für den Lastfall Schub entwickelt werden. Die neuen Parameter wurden durch Geometrieanpassung bestimmt. Mit diesem idealisierten Nahtendmodell, dass für den Lastfall Schub optimiert ist, lassen sich die für diesen Lastfall maßgebenden Kerbspannungen auch örtlich vorhersagen. In Verbindung mit den Versagensschwingspielzahlen aus den rund 75 Schwingversuchen wurde eine konzeptgebundene Kerbspannungswöhlerlinie für einen Referenzradius r = 0,05 mm erstellt. Somit liegt eine in sich geschlossene Bewertungsmethode nach dem Kerbspannungskonzept für Schweißnahtenden unter Schubbeanspruchung vor. Hierbei wird die Einwirkung mit dem idealisierten Nahtendmodell berechnet und auf der Widerstandsseite mit der konzeptgebundenen Wöhlerlinie verglichen. Des Weiteren wurde mit Hilfe der Bruchmechanik ein weiteres Nachweiskonzept vorgeschlagen, in dem der Spannungsintensitätsfaktor K bzw. die Energie- freisetzungsrate G als Beanspruchungsparameter dient. Hierbei entfallen die Scan- und Vernetzungsarbeiten. Die Schweißnaht kann vereinfachend durch einen Dreieckquerschnitt modelliert werden. Jedoch ist der vorhandene Wurzelspalt als Riss zu modellieren. Der zur Berechnung der Spannungsintensitätsfaktoren sowie für die Energiefreisetzungsrate modellierte Riss ist damit genau so lang wie die Naht, womit auch prinzipiell die Beanspruchung über die gesamte Nahtlänge ermittelt werden kann. Die K-Faktoren werden zum Nahtende hin extrapoliert. Auch hier wurde aus den Schwingversuchen eine konzeptgebundene Spannungsintensitätsfaktorwöhlerlinie erstellt.

Item Type: Report
Erschienen: 2013
Creators: Shams, Ehsan and Vormwald, Michael
Title: Schwingfestigkeit von Nahtenden MSG-geschweißter Feinbleche aus Stahl unter Schubbeanspruchung
Language: German
Abstract:

Im AVIF-Projekt A 249 „Schwingfestigkeitsbewertung von Nahtenden MSG- geschweißter Dünnbleche aus Stahl“ konnte ein Konzept zur Schwingfestigkeitsbewertung von Schweißnahtenden unter Längs- und Querzug sowie Biegung erarbeitet werden. Im Rahmen des vorliegenden AVIF Projektes A 268 „Schwingfestigkeit von Schweißnahtenden unter Schubbeanspruchung“ sollte dieses Konzept auf den Lastfall Schub erweitert werden. Kern des Projektes A 268 war die Erfassung der realen Nahtgeometrie mittels eines optischen 3D Scanners (Flächenauflösung: 30µm, Tiefenauflösung: 5µm) zur Berücksichtigung des für den Lastfall Schub maßgebenden Übergangsbereiches vom Nahtfuß zur Nahtwurzel sowie der Wurzelkerbe selbst. Es ist hierbei erstmals gelungen, durch kryogenisches Aufbrechen der Schweißnaht auch die Geometrie der Wurzelkerbe mit dem Scanner aufzunehmen. Um die aufgebrochene und anschließend gescannte Naht numerisch berechnen zu können, wurde ein Verfahren entwickelt, mit dem sich aus den Scans vor und nach dem Aufbrechen der Naht ein geschlossener Volumenkörper bilden lässt. Die Berechnung der Kerbspannungen erfolgte mit Hilfe der Methode der Finiten Elemente unter Zuhilfenahme der Submodelltechnik. In einem ersten Submodell mit komprimiertem Netz kann der Ort der maximalen Kerbspannung identifiziert werden. An einem zweiten Submodell mit höchster Ortsauflösung wurden die Kerbspannungen bestimmt. Das Grobmodell wurde per Hand modelliert und stellt eine Idealisierung der Naht dar. Auf Basis des im Rahmen des Vorgängerprojektes AVIF A 249 entwickelten parametrisierten Nahtendmodells konnte ein idealisiertes Nahtendmodell für den Lastfall Schub entwickelt werden. Die neuen Parameter wurden durch Geometrieanpassung bestimmt. Mit diesem idealisierten Nahtendmodell, dass für den Lastfall Schub optimiert ist, lassen sich die für diesen Lastfall maßgebenden Kerbspannungen auch örtlich vorhersagen. In Verbindung mit den Versagensschwingspielzahlen aus den rund 75 Schwingversuchen wurde eine konzeptgebundene Kerbspannungswöhlerlinie für einen Referenzradius r = 0,05 mm erstellt. Somit liegt eine in sich geschlossene Bewertungsmethode nach dem Kerbspannungskonzept für Schweißnahtenden unter Schubbeanspruchung vor. Hierbei wird die Einwirkung mit dem idealisierten Nahtendmodell berechnet und auf der Widerstandsseite mit der konzeptgebundenen Wöhlerlinie verglichen. Des Weiteren wurde mit Hilfe der Bruchmechanik ein weiteres Nachweiskonzept vorgeschlagen, in dem der Spannungsintensitätsfaktor K bzw. die Energie- freisetzungsrate G als Beanspruchungsparameter dient. Hierbei entfallen die Scan- und Vernetzungsarbeiten. Die Schweißnaht kann vereinfachend durch einen Dreieckquerschnitt modelliert werden. Jedoch ist der vorhandene Wurzelspalt als Riss zu modellieren. Der zur Berechnung der Spannungsintensitätsfaktoren sowie für die Energiefreisetzungsrate modellierte Riss ist damit genau so lang wie die Naht, womit auch prinzipiell die Beanspruchung über die gesamte Nahtlänge ermittelt werden kann. Die K-Faktoren werden zum Nahtende hin extrapoliert. Auch hier wurde aus den Schwingversuchen eine konzeptgebundene Spannungsintensitätsfaktorwöhlerlinie erstellt.

Series Name: FAT - Schriftenreihe 250
Publisher: Forschungsvereinigung Automobiltechnik e.V., FAT
Divisions: 13 Department of Civil and Environmental Engineering Sciences > Institute of Steel Constructions and Material Mechanics > Fachgebiet Werkstoffmechanik
13 Department of Civil and Environmental Engineering Sciences > Institute of Steel Constructions and Material Mechanics
13 Department of Civil and Environmental Engineering Sciences
Date Deposited: 21 Oct 2014 16:46
Official URL: http://www.vda.de/de/downloads/1147/?PHPSESSID=v9ci4sj8qp9l4...
Identification Number: 2192-7863 (ISSN)
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