Berücksichtigung von Reihenfolgeeffekten bei der Lebensdauerabschätzung von Hohlprofilkonstruktionen


Prof. Dr.-Ing. André Dürr
Fakultät Bauingenieurwesen


Prof. Dr.-Ing. Klemens Rother
Fakultät Maschinenbau, Fahrzeugtechnik, Flugzeugtechnik


Geschweißte Hohlprofilkonstruktionen besitzen ein großes wirtschaftliches Potential aufgrund der Möglichkeit zur Ausbildung von Leichtbaukonstruktionen. Sie werden daher bevorzugt im Nutzfahrzeugbau, im Stahlbau, im Kranbau und im Landmaschinenbau, sowie in der Energiebranche eingesetzt.


Die Konstruktionen erfolgen dabei in der Regel als Rahmen- oder Fachwerkstrukturen, die häufig Ermüdungsbeanspruchungen durch zyklische Beanspruchungen unterliegen, welche eine der grundlegenden Schadensursachen für diese Leichtbaukonstruktionen bilden.


Ermüdungsfestigkeiten und Wöhlerlinien für Hohlprofilknoten wurden bisher aus Versuchen mit Einstufenkollektiven an niedrigfesten Stählen abgeleitet. Die Übertragung auf realitätsnahe Belastungskollektive erfolgt dann in der Regel mit schädigungsäquivalenten Rechteckkollektiven auf Basis der einfachen Palmgren-Miner-Regel mit einer pauschalen Schädigungssumme von D=1,0, unabhängig von Werkstoff und tatsächlich vorliegender Kollektivform.


Mit dieser Methode bleiben allerdings sowohl günstig- als auch ungünstig wirkende Lastreihenfolgeeffekte aus realen Betriebslastkollektiven unberücksichtigt. Verschiedene bisherige Untersuchungen zeigen, dass deshalb die einfache lineare Schadensakkumulation nach Palmgren-Miner mit Schädigungssumme D=1,0 oft wenig zutreffend ist. Viele Richtlinien empfehlen daher bereits sehr konservative Schadenssummen von bis zu D=0,5.


Gegenstand des Forschungsprojektes ist eine Untersuchung des Einflusses von wirklichkeitsnahen Last- und Beanspruchungskollektiven inkl. Reihenfolgeeffekte auf die Lebensdauerabschätzung von geschweißten Hohlprofilkonstruktionen im Kran- und Nutzfahrzeugbau in Abhängigkeit der Fertigungsbedingungen, der Bauteilgröße und des Werkstoffes. Dazu werden versuchsbasierte Untersuchungen an typischen Hohlprofilkonstruktionen unter wirklichkeitsnahen Belastungszeitreihen und unter Zweistufenkollektiven durchgeführt.


Ziel des Forschungsprojektes ist die Bereitstellung von Anpassungsfaktoren für Betriebslastkollektive für bekannte Nachweisverfahren, um die Lebensdauerabschätzung von Hohlprofilkonstruktionen zu verbessern.


Ziele:

  • Versuchsbasierte Untersuchung des Einflusses von wirklichkeitsnahen Last- und Beanspruchungskollektiven inkl. Reihenfolgeeffekte auf die Lebensdauerabschätzung geschweißter Hohlprofilkonstruktionen.
  • Untersuchungen in Abhängigkeit von Fertigungsbedingungen, Größeneinfluss und Werkstoff, um eine Übertragbarkeit auch auf größere Strukturen zu gewährleisten.
  • Bereitstellung von Anpassungsfaktoren für Betriebslastkollektive für bekannte Nachweisverfahren zur Verbesserung der Lebensdauerabschätzung.


Abbildung 1: Übersicht der einzelnen Arbeitsschritte
Abbildung 1: Übersicht der einzelnen Arbeitsschritte

Abbildung 2: Versuchsaufbau für Rund- und Rechteckhohlprofile
Abbildung 2: Versuchsaufbau für Rund- und Rechteckhohlprofile

Laufzeit:
01.04.2017 - 31.03.2020


Zuwendungsgeber:
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, BMWi


Projektträger:
Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen, AIF
Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V., FOSTA


Ansprechpartner

Prof. Dr.-Ing. Andre Dürr
Raum: F 404

Tel.: 089 1265-2642
Fax: 089 1265-2699

Profil >

Prof. Dr.-Ing. Klemens Rother
Raum: R 4.059

Tel.: 089 1265-3348
Fax: 089 1265-3308

Jakob Roth
Raum: F 318

Tel.: 089 1265-2627
Fax: 089 1265-2699

Markus Oswald
Raum: R 3.082

Tel.: 089 1265-3345
Fax: 089 1265-3308