Modeli ng and fatigue assessment of weld start-end locations based on the effective notch stress approach

摘要

Im vorliegenden Beitrag wird ein einheitliches Verfahren zur Modellierung und Lebensdauerbewertung von normal- oder torsionsbeanspruchten, geschweißten Bauteilen mit ausgeprägten Nahtenden präsentiert. Das Verfahren basiert auf die aktuellen IIW-Empfehlungen zur Finite-Ele-ment-Modellierung von Nahtübergang und Nahtwurzel mit Hilfe eines effektiven Kerbradius sowie auf die Anwendung der entsprechenden Spannungs-Wöhlerkurve (FAT-Klasse) zur Bewertung der Schwingfestigkeit. Ceometrische Singularitäten und damit auch numerische Unstetigkeiten insbesondere bei 3D-Nahtwurzelberechnungen können damit vermieden werden. Die Lebensdauerbewertung wird auf der Basis von Normalspannungen durchgeführt, die am Nahtübergang oder an der Nahtwurzel berechnet werden. Zur experimentellen Verifikation des Verfahrens wird ein umfangreicher, experimentell ermittelter Datensatz von Spannungsmesswerten und Lebensdauern von geschweißten Lkw-Hinterachskörpern unter vertikaler, Längs- und Torsionsschwingbelastung herangezogen. Die Übereinstimmung zwischen experimentell ermittelten und berechneten Lebensdauerwerten ist bei allen untersuchten Lastfällen zufriedenstellend.%The present paper contains a methodology for modeling and life assessment of fatigue loaded welded components providing distinct weld start and end locations. The proposed methodology follows the IIW recommendation regarding modeling and finite element meshing of weld toe and root by means of an effective notch radius and uses the corresponding Wohler curve (FAT class) to assess the durability. Geometrical singularities and, therewith, numerical discontinuities, can be overcome especially when 3D weld root problems are treated. The fatigue life assessment is performed on the basis of normal stresses acting at the failure-critical weld toe and root locations. Comprehensive experimental database containing stress and fatigue life results derived from motor truck's hypoid rear axles providing complex 3D welds subject to vertical, longitudinal, and torsional loading is used to verify the calculation accuracy of the proposed methodology. The agreement between experimentally determined and calculated fatigue results is satisfactory.