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Forschungsprojekt MoBeKo

Modifizierter Betriebsfestigkeitsnachweis von unbehandelten und HFH-nachbehandelten Schweißkonstruktionen unter Berücksichtigung von Kollektivform, Spannungsverhältnis und Kerbdetail, Vorhaben-Nr.: 20968 N/1


Prof. Dr.-Ing. Imke Engelhardt
Fakultät für Bauingenieurwesen


Ausgangslage:
Die Verlängerung der Lebensdauer von Bauwerken bzw. die Erstellung ressourcenschonender Konstruktionen stellen die derzeitigen Herausforderungen des Bauwesens und Maschinenbaus dar. Viele dieser Konstruktionen unterliegenden wechselnden Beanspruchungen, so dass die Betriebsfestigkeit maßgebender hochbeanspruchter Bauteile, der so genannten Kerbdetails, bemessungsrelevant wird. Es gilt somit Ansätze zu finden, diese realistisch und wirtschaftlich zu ermitteln und ggf. zu verlängern.


Für ermüdungsbeanspruchte Schweißkonstruktionen wird die Verlässlichkeit von Schadensakkumulationshypothesen und der anzusetzenden Schadenssumme in Frage gestellt, so dass in Regelwerken eine Reduzierung der zulässigen Schadenssummen auf Werte von D≤0,5 empfohlen wird. Ungeachtet der Einflüsse von Kollektivform, Mittelspannung, Kerbdetail und Kerbschärfe sowie des Einflusses von Nachbehandlungsmethoden auf die zulässige Schadenssumme führt diese pauschale Reduzierung der Schadenssumme bei maßgeblich durch Betriebslasten beanspruchten Konstruktionen mit hoher Lastwechselzahl zu einer deutlichen Blechdickensteigerung und damit zu unwirtschaftlicheren Konstruktionen.


Betriebslastuntersuchungen zeigen, dass die Kollektivform, Mittelspannungsveränderungen und die Kerbschärfe das Ergebnis der Schadenssummen bzw. die Versagenslasten von Schweißnähten beeinflussen. Laufende Forschungsarbeiten belegen zudem, dass durch Schweißnahtnachbehandlungsverfahren eingebrachte Druckeigenspannungen und Verfestigungseffekte durch Betriebslasten beeinflusst werden.


Methodik:
Derzeit liegen jedoch keine ingenieurmäßigen Modelle zur Erfassung der genannten Einflüsse auf die Lebensdauer vor. Aus diesem Grund sollen im Rahmen dieses Forschungsvorhabens Einflussfaktoren auf die ertragbaren Betriebslasten empirisch abgeleitet und durch ein probabilistisches Modell auf Basis zweistufiger Anriss- und Rissfortschrittsberechnungen Berechnungsansätze entwickelt werden, die zur Auslegung von sicheren, wirtschaftlichen und ressourcenschonenden Konstruktionen beitragen. Bruchmechanische Berechnungsverfahren zur Rissfortschrittsberechnung bei Schweißnähten unter Berücksichtigung von Kollektivform, Mittelspannungsveränderungen, Kerbschärfe und Randschichtzustand durch mechanische Nachbehandlung sollen verifiziert werden.


Lösungsweg, Quelle: Prof. Engelhardt
Lösungsweg, Quelle: Prof. Engelhardt

Ziel:
Ziel ist es, ein Ingenieurmodell zur realitätsnahen Abschätzung der Lebensdauer geschweißter und ggf. nachbehandelter Konstruktionen unter Betriebsbeanspruchung im Zeitfestigkeitsbereich zu entwickeln, welches die Einflüsse von Kollektivform, Mittelspannungsveränderungen, Kerbschärfe und Randschichtzustand durch mechanische Nachbehandlung berücksichtigt.


Laufzeit:
01.04.2020 bis 30.09.2022


Zuwendungsgeber:
Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz, BMWK


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


Mitglieder des projektbegleitenden Ausschuss:

  • Bundesanstalt für Wasserbau
  • Bundesanstalt für Material und Bauforschung
  • DNV GL –Maritime
  • Framatome GmbH
  • Franz Prebeck GmbH & Co KG
  • HiFIT Vertriebs GmbH
  • IBUKO Ingenieurgemeinschaft
  • Jörss Blunck Ordemann GmbH, Beratende Ingenieure
  • Krebs und Kiefer, Beratene Ingenieure für das Bauwesen GmbH
  • Maurer SE
  • Offshore Wind Technologie GmbH
  • PITEC Deutschland GmbH
  • Schachtbau Nordhausen GmbH
  • Schuler Ingenieurbüro für Bautechnik
  • Sennebogen Maschinenfabrik GmbH
  • Siemens Gamesa Renewable Energy GmbH


Ansprechpartnerin

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

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

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