Betriebsfestigkeitsanalyse von Schweissverbindungen anhand von digitalisierten Realgeometrien und FEM-Berechnungen sowie deren Validierung anhand von Schwingversuchen

摘要

Fur die Lebensdauervorhersage von Schweissverbindungen werden Nahte von Proben mittels eines 3D-Scanners erfasst. Die so gewonnenen Daten werden bearbeitet und in ein FEM-Programm ubermittelt. Die Vernetzung der Schweissnahte erfolgt sehr detailliert. Anschliessend wird eine FEM-Spannungsberechnung dieser Proben (MAG-ge- schweisster Kreuzstoss, K-Naht, Blechstarke 15 mm sowie ein lasergeschweisster Stumpfstoss, CO_2-Laser, Blechstarke 6 mm, beide aus Stahlqualitat S 355) durchgefuhrt. Die realen Proben werden im Schwingversuch bis zum Anriss gepruft. Das Spannungsniveau wird so gewahlt, dass der Anriss im Zeitfestigkeitsbereich liegt. Anschliessend werden die Ergebnisse aus Berechnung und Versuch gegenubergestellt: Ein moglicher Anrissort kann anhand der FEM- Berechnung sehr gut vorhergesagt werden. Die Risse im realen Versuch liegen immer im Bereich sehr hoher bzw. oft der absolut hochsten berechneten Spannungen. Eine Vorhersage der Lebensdauer im Schwingversuch ist nur mit einer Streuung moglich. Hohe Spannungsspitzen in der Berechnung korrelieren meist gut mit einer niedrigen Lebensdauer und umgekehrt. Fur die MAG-geschweissten Proben lasst sich eine FAT-Klasse in Anlehnung an die IIW-Vorgaben von etwa FAT 280 grob abschatzen. Fur die lasergeschweissten Proben ist noch keine belastbare Aussage moglich. In beiden Fallen sind weitere Versuche zur besseren statistischen Absicherung notig. Ausblickend wurde auch eine Modellierung mit nichtlinearem Materialverhalten durchgefuhrt. Nach ersten Ergebnissen ist damit keine signifikante Verbesserung der Lebensdauervorhersage moglich. Auch hier sind weitere Untersuchungen notig.