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HFH-Betriebsfestigkeit

Beanspruchungsreihenfolgeeinfluss auf bearbeitungsbedingte Verfestigungen und Eigenspannungen und die Betriebsfestigkeit nachbehandelter Kerbdetails


Prof. Dr.-Ing. Imke Engelhardt, geb. Weich
Fakultät für Bauingenieurwesen


Die Verlängerung der Lebensdauer von Bauwerken bzw. die Erstellung ressourcenschonender Konstruktionen stellen die derzeitigen Herausforderungen des Bauwesens und Maschinenbaus dar. Für ermüdungsbeanspruchte Schweißkonstruktionen konnte unter anderem von den Antragstellern gezeigt werden, dass höherfrequente Hämmerverfahren (HFH-Verfahren) erfolgreich zur Steigerung der Ermüdungsfestigkeit eingesetzt werden können. Ein Grund für den in der Praxis bislang noch sehr zurückhaltenden Einsatz dieser Verfahren stellen derzeit Einwände der Genehmigungsbehörden hinsichtlich deren Wirksamkeit unter Betriebsbeanspruchung dar.


Ziel des beantragten Forschungsvorhabens ist es, eine wirtschaftliche und konservative Schadensakkumulationshypothese für mit höherfrequenten Hämmerverfahren (HFH) nachbehandelte Schweißnahtdetails zu erarbeiten, diese Anwendern und Genehmigungsbehörden vorzustellen und zugänglich zu machen. Dies soll einen wirtschaftlichen und sicheren Einsatz der HFH in der Praxis ermöglichen.


Um dieses Ziel zu erreichen, wird im Rahmen dieses Forschungsvorhabens die Wirksamkeit der höherfrequenten Hämmerverfahren unter Betriebsbeanspruchung anhand von umfänglichen Versuchsreihen untersucht. Reihenfolgeeinflüsse der Beanspruchungen für verschiedene Lastkollektive werden analysiert und benannt. Da die Wirksamkeit der HFH-Verfahren auf eingebrachten Druckeigenspannungen sowie Verfestigungen beruht, werden umfängliche Untersuchungen zum Verhalten dieser Einflussgrößen unter Betriebsbeanspruchung durchgeführt. Diese werden unter Berücksichtigung der lokalen Beanspruchungen analysiert und die Ergebnisse bei der Anwendung von Schadensakkumulationshypothesen berücksichtigt. Gezielte Rissinitiierungs- und Rissfortschrittsanalysen zur Ermittlung des Einflusses der Beanspruchungsreihenfolge werden durchgeführt. Abschließend wird der Einfluss von Betriebsbeanspruchungen unter Berücksichtigung von Reihenfolgeeinflüssen und Kollektivformen auf die Wirksamkeit der Schweißnahtnachbehandlung in bislang fehlenden Bemessungsempfehlungen beschrieben und diese den Genehmigungsbehörden vorgestellt.


Durch die Nachbehandlung der Schweißnähte ermüdungsbeanspruchter Stahlbauteile mit HFH können Konstruktionen mit reduzierten Blechdicken und damit reduziertem Materialaufwand bzw. mit längeren Lebensdauern erstellt werden. Dadurch entsteht für Unternehmen aus den Bereichen Stahlbau, Brückenbau und Kranbau, die in Deutschland zu den klein- und mittelständischen Unternehmen zählen, sowie für die Offshore-Industrie und den Anlagenbau ein deutlicher Wettbewerbsvorteil.



Abb.: Probekörper (Quersteifen), vorgesehene Betriebslastfolgen (random, high-low, low-high) und HFH-Gerät
Abb.: Probekörper (Quersteifen), vorgesehene Betriebslastfolgen (random, high-low, low-high) und HFH-Gerät

Laufzeit:
01.01.2017 - 30.06.2019, verlängert bis 30.06.2020


Zuwendungsgeber:
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, BMWi


Projektträger:
Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen, AiF
Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren e. V. des DVS


Partneruniversität:
Institut für Füge- und Schweißtechnik, Technische Universität Braunschweig


Mitglieder im Projetbegleitenden Ausschuss:

  • Aktien-Gesellschaft der Dillinger Hüttenwerke
  • AREVA GmbH
  • Bombardier Transportation GmbH
  • Dipl. Ing. (FH) Stefan Materna SFI - Ingenieurbüro
  • DYNATEC Gesellschaft für CAE und Dynamik mbH
  • Heuser und Vlasic Metallbau GmbH
  • HiFIT GmbH
  • IBUKO Ingenieurgemeinschaft
  • Ingenieurbüro Dr. Knödel
  • Ingenieursozietät Peil, Ummenhofer u Partner
  • Krebs und Kiefer Beratene Ingenieure für das Bauwesen GmbH
  • Maurer Söhne GmbH & Co. KG
  • Metallbau Ehard
  • PITEC GmbH
  • Schachtbau Nordhausen
  • Schuler, Ingenieurbüro für Bautechnik
  • TÜV Süd
  • voestalpine Grobblech GmbH



Prof. Dr.-Ing. Imke Engelhardt
Raum: F 405

Tel.: 089 1265-2431
Fax: 089 1265-2699

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