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| Abstract No.: |
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Scheduled at:
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Thursday, September 14, 2023, Brüssel 2:00 PM
Berechnung und Festigkeit
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| Title: |
FE-Analysen zur Lebensdauerermittlung basierend auf 3D-Scans von industriell geschweißten Kreuzstoßproben und der Absicherung mittels Schwingversuchen im Hochfrequenzpulsator
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| Authors: |
Martin Steinebrunner* / Universität der Bundeswehr München, Deutschland
Ralf Späth / Universität der Bundeswehr München / Fakultät für Maschinenbau, Deutschland
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| Abstract: |
In Kooperation mit einem Industriepartner hergestellte Schweißproben (ca. 280 Stück) wurden 3D-gescannt, mittels der FEM gerechnet und im Schwingversuch getestet (insgesamt ca. 1 Mrd. Zyklen) Anschließend wurden die Ergebnisse aus der FEA bezüglich der Korrelation zu den real erzielten Lebensdauern verglichen. Dazu wurden Bereiche mit erhöhter Spannungskonzentration identifiziert und quantifiziert. Einflussparameter waren dabei nicht nur die Prüfbelastung und das Lastverhältnis, sondern auch Belastungen, die bedingt durch geometrischen Verzug, bereits beim Einspannvorgang aufgebracht wurden. Einflüsse auf die Ergebnisse der FEA wie bspw. die Rohdatengüte oder die notwendige Vernetzungsfeinheit zur sicheren Modellierung der Nahtübergangstopologie, sind analysiert worden. Zur Absicherung der FEA wurden statisch an Probekörpern und dynamisch während des Schwingversuches Messungen mittels Dehmesstreifen durchgeführt. Einflussparameter des Grundmaterials wie die Streckgrenze und Eigenschaften der Schweißnaht wie bspw. der Härte- oder Eigenspannungszustand wurden erfasst und hinsichtlich der Auswirkung auf die Lebensdauer bewertet. Industrieseitige Ergebnisse eines Messsystems zur Bestimmung des Nahtübergangsradius wurden mit den Ergebnissen unter Laborbedingungen hinsichtlich der Detektionssicherheit von kritischen Nahtbereichen verglichen.
Als Ergebnis konnten Wöhlerkurven im Zeit- als auch Langzeitfestigkeitsbereich erstellt werden um daraus eine probenspezifische FAT-Klasse zu ermitteln. Die mittels der FEM rechnerisch ermittelte Lebensdauer korrelierte gut mit den real erzielten Zyklenzahlen. Der fertigungsbedingte Verzug ist für die erzielte Lebensdauer relevant und muss zwingend bei der Erstellung von Wöhlerkurven berücksichtigt werden. Hierzu sind Korrekturfaktoren bezüglich Kantenversatz und Winkelverzug abgeleitet worden, die eine Korrektur ohne aufwändige FE-Rechnungen erlauben und präzisere Wöhlerkurven ermöglichen. Das industrieseitige Messsystem zur Bewertung der Nahtgüte wurde analysiert und für bedingt geeignet befunden, kritische Nahtbereiche bereits während der Produktion sicher zu detektieren.
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