Technische Universität Hamburg-Harburg, Institut für Konstruktionen und Festigkeit von Schiffen
Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Fricke, Adrian Kahl, Hans Paetzold, Stefan Eylmann
Das Forschungsprojekt Vergleichende Untersuchungen der Schwingfestigkeit von Knieblechverbindungen wurde gefördert von der gemeinnützigen Stiftung Stahlanwendungsforschung im Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft e.V. Zweck der Stiftung ist die Förderung der Forschung auf dem Gebiet der Stahlverarbeitung und -anwendung in der Bundesrepublik Deutschland. Geprüft wurde das Forschungsvorhaben von einem Gutachtergremien der Forschungsvereinigung der Arbeitsgemeinschaft der Eisen und Metall verarbeitenden Industrie e.V. (AVIF), das sich aus Sachverständigen der Stahl anwendenden Industrie und der Wissenschaft zusammensetzt. Begleitet wurde das Projekt von einem Arbeitskreis des Center of Maritime Technologies e.V.
Der Bericht kann beim FSM bestellt werden. Bitte senden Sie eine E-Mail an info(at)fsm-net.org
Zusammenfassung
In dem vorliegenden Forschungsvorhaben wurden überlappte und eingepasste Knieblechvarianten an verschiedenen Profiltypen sowohl experimentell als auch rechnerisch hinsichtlich ihrer Schwingfestigkeit untersucht und miteinander verglichen. Die Untersuchungen wurden in eine Vor- und eine Hauptstudie aufgeteilt. Es wurden zahlreiche Schwingfestigkeitsversuche durchgeführt, um die Anrisslebensdauern für die verschiedenen Varianten zu ermitteln. Dabei stellten sich die überlappten Knieblechvarianten im direkten Vergleich für eine Risslänge bis 10 mm gegenüber den vorgesetzten Knieblechvarianten als überlegen heraus. Für die untersuchten Knieblechvarianten wurden umfangreiche Strukturspannungsberechnungen durchgeführt. Dabei wurden Finite-Elemente-Modelle mit verschiedenen Netzfeinheiten erzeugt und die berechneten Spannungen mit Messungen verglichen, die an den Versuchsmodellen vorgenommen wurden. Die vorhandenen Modellierungsempfehlungen des „International Institute of Welding“ (IIW) für die Berechnung von Strukturspannungen wurden hierbei hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit insbesondere auf die Modelle mit Flachwulstprofilen überprüft. Es konnten Modellierungsempfehlungen für Strukturspannungsberechnungen an Flachwulstprofilen abgeleitet werden. Zudem wurden Kerbspannungsberechnungen sowohl mit idealen Schweißnahtkonturen als auch unter Berücksichtigung der realen Nahtgeometrie durchgeführt. Zur Erfassung der realen Nahtform wurde im Rahmen des Forschungsvorhabens ein Laser-Lichtschnitt- Messsystem beschafft. Um die Mikrostützwirkung zu berücksichtigen wurden die realen Nahtkonturen mit einem fiktiven Radius nach dem Konzept von Radaj zusätzlich ausgerundet. Die Ergebnisse zeigten im Wöhlerliniendiagramm einen deutlichen Unterschied der Kerbspannungen zwischen den Knieblechvarianten. Eine Bewertung kann mit der Kerbfallkategorie FAT 200 vorgenommen werden. Allerdings wurde die Streuung der Ergebnisse im Vergleich zu den auf Strukturspannungen basierenden Wöhlerlinien nur wenig reduziert. Mit einer idealen Nahtkontur auf Basis des vom IIW empfohlenen Kerbradius von 1mm wurde dagegen die Kerbfallkategorie FAT 225 bestätigt. Durch Vergleich der Kerbspannungsberechnungen mit den Strukturspannungsberechnungen konnten die letzteren und die daraus abgeleiteten Modellierungsempfehlungen überprüft werden.
