1. Ermüdungsanalysen von dickwandigen
Schweißkonstruktionen
Dr.-Ing. Stephan Vervoort
Hottinger Baldwin Messtechnik

2. Agenda
1. Kurzübersicht der Schweißanalysen
2. Implementierte Schweißberechnungsmöglichkeiten
3. Methodik zum Schweißen von dickwandigen Konstruktionen
4. Beispiel
2

3. 3
Effekte des Schweißens auf die Betriebsfestigkeit
Grund-
platte
Schmelz-
zone
Wärme-
einfluß-
zone
Rand der
Schweißnaht
Schweißnaht in
einem Rohr bildet
Korntextur aus
SS Schenectady

4. 4
Strukturspannungs-Berechnungskonzepte
• BS7608,
• Eurocode 3
• “Volvo”-Ansatz
Die Strukturspannung ist die Spannung
am Rand der Schweißnaht (ohne
Spannungskonzentrations-Effekt)
Linearer Anstieg
der Strukturspannung
Überproportionaler Anstieg
der Kerbspannung
maximale
Struktur-
spannung
(hot spot)

5. 5
Eigenschaften der Strukturspannungsmethodik
Spannungsamplitude
Mittelspannung
- ∞
• FE Modellierungs-Richtlinien
• Schweiß-Klassifizierungen
• Definition der SN Kurve
• Spannungserholungsmethoden
• Definition der Schädigungsparameter
• Multiaxiale Belastungen
• Versagensmechanismen
• Mittelspannungseffekt
• Größen/Dicken-Effekt
• Biegeverhältnis

6. 6
Vorhandene Schweißnaht-Berechnungsansatz in DesignLife
6
• Verwendet grobes Schalenmodell

7. Lokales
Koordinaten-
system
Globales
Koordinaten-
system
7
Vorhandene Schweißnaht-Berechnungsansatz in DesignLife
• Verwendet grobes Schalenmodell
• Verwendet Strukturspannungen
– Kräfte&Momente (Grid point force &
moment)
– Strukturspanungen (Cubic stresses)
– Verschiebungen

8. 8
Vorhandene Schweißnaht-Berechnungsansatz in DesignLife
• Verwendet grobes Schalenmodell
• Verwendet Strukturspannungen
– Kräfte&Momente (Grid point force &
moment)
– Strukturspanungen (Cubic stresses)
– Verschiebungen
• Biegekorrekturen
• Generierte SN Kurve

9. Es werden die Blechdicken verwendet
um die Festigkeitsabnahme nach der
folgenden Formal zu bestimmen:
σt = σ (tref/t)n
wobei tref die Referenzdicke
(Standard: 1 mm) und n der Exponent
(Standard: 0.16667) ist.
9
Vorhandene Schweißnaht-Berechnungsansatz in DesignLife
• Verwendet grobes Schalenmodell
• Verwendet Strukturspannungen
– Kräfte&Momente (Grid point force &
moment)
– Strukturspanungen (Cubic stresses)
– Verschiebungen
• Biegekorrekturen
• Generierte SN Kurve
• Dickenkorrekturen

10. Spannungsamplitude
Mittelspannung
- ∞
10
Vorhandene Schweißnaht-Berechnungsansatz in DesignLife
• Verwendet grobes Schalenmodell
• Verwendet Strukturspannungen
– Kräfte&Momente (Grid point force &
moment)
– Strukturspanungen (Cubic stresses)
– Verschiebungen
• Biegekorrekturen
• Generierte SN Kurve
• Dickenkorrekturen
• Mittelspannungskorrekturen
• 2D Spannungstensor

11. 11
Volumen- im Vergleich zu Schalenschweißnaht-Modellierung

12. 12
Spannungs-Integrations-Methode
σtop
σbot

13. 13
Strukturspannungen aus Spannungsintegration

14. 14
Strukturspannungen aus Spannungsintegration

15. 15
Schweißnaht Definitionsdatei
<WeldDefinitions>
<WeldLine name="Test1 Beam top surface">
<WeldDef Location="0.0,2.5,0.0" NormalVector="0,1,0" ToeVector="0,0,1" id="1"/>
<WeldDef Location="0.0,3.0,0.0" NormalVector="0,1,0" ToeVector="0,0,1" id=“2"/>
</WeldLine>
</WeldDefinitions >
• DesignLife bestimmt automatisch die
SCL (stress calculation lines)
• Schweißnahtlage ist nicht abhängig
von Knoten oder Vernetzung
• Schweißnaht Definitionsdatei
muss vom Anwender außerhalb
von DesignLife erstellt werden!

16. 16
Schweißnaht Definitionsdatei
<WeldDefinitions>
<WeldLine name="Test1 Beam top surface">
<WeldDef Location="0.0,2.5,0.0" NormalVector="0,1,0" ToeVector="0,0,1" id="1"/>
<WeldDef Location="0.0,3.0,0.0" NormalVector="0,1,0" ToeVector="0,0,1" id=“2"/>
</WeldLine>
</WeldDefinitions >
• DesignLife bestimmt automatisch die
SCL (stress calculation lines)
• Schweißnahtlage ist nicht abhängig
von Knoten oder Vernetzung
• Schweißnaht Definitionsdatei
muss vom Anwender außerhalb
von DesignLife erstellt werden!

17. 17
Volumenelemente-Schweißlinie

18. 18
Schweißnaht-Analyse Prozess

19. 19
Beispiel
19
Die Größe der Marker ist ein manuell einstellbarer Parameter.

20. measure and predict with confidence
www.hbm.com/ncode
Dr.-Ing. Stephan Vervoort
HBM nCode Produkte
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