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Ermüdungsanalysen von dickwandigen
Schweißkonstruktionen
Dr.-Ing. Stephan Vervoort
Hottinger Baldwin Messtechnik
Agenda
1. Kurzübersicht der Schweißanalysen
2. Implementierte Schweißberechnungsmöglichkeiten
3. Methodik zum Schweißen von dickwandigen Konstruktionen
4. Beispiel
2
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
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
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
Vorhandene Schweißnaht-Berechnungsansatz in DesignLife
6
• Verwendet grobes Schalenmodell
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
Vorhandene Schweißnaht-Berechnungsansatz in DesignLife
• Verwendet grobes Schalenmodell
• Verwendet Strukturspannungen
– Kräfte&Momente (Grid point force &
moment)
– Strukturspanungen (Cubic stresses)
– Verschiebungen
• Biegekorrekturen
• Generierte SN Kurve
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
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
Volumen- im Vergleich zu Schalenschweißnaht-Modellierung
12
Spannungs-Integrations-Methode
σtop
σbot
13
Strukturspannungen aus Spannungsintegration
14
Strukturspannungen aus Spannungsintegration
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
Schweißnaht Definitionsdatei
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<WeldDef Location="0.0,2.5,0.0" NormalVector="0,1,0" ToeVector="0,0,1" id="1"/>
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• DesignLife bestimmt automatisch die
SCL (stress calculation lines)
• Schweißnahtlage ist nicht abhängig
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• Schweißnaht Definitionsdatei
muss vom Anwender außerhalb
von DesignLife erstellt werden!
17
Volumenelemente-Schweißlinie
18
Schweißnaht-Analyse Prozess
19
Beispiel
19
Die Größe der Marker ist ein manuell einstellbarer Parameter.
measure and predict with confidence
www.hbm.com/ncode
Dr.-Ing. Stephan Vervoort
HBM nCode Produkte
Carl-Zeiss-Ring 11-13
85737 Ismaning
Germany
Tel: +49 (0)89 9605372 18
Fax: +49 (0)89 9605372 21
Email: stephan.vervoort@hbmncode.com
www.hbm.com/ncode
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Questions ?
Kontaktieren Sie uns – wir helfen Ihnen gerne!
CADFEM (Austria) GmbH
Wagenseilgasse 14
1120 Wien
Tel. +43 (0)1 587 70 73 – 0
E-Mail. info@cadfem.at
Web. http://www.cadfem.at
Immer aktuell informiert – CADFEM Blog, Xing und Youtube-Channel
CADFEM Blog - Umfassend informiert – http://blog.cadfem.at
• News zur FEM-Simulation - What‘s hot? What‘s new?
• Video-Tutorials - ANSYS, LS DYNA & mehr
• Hinter den Kulissen: CADFEM intern
CADFEM Youtube Channel - Tips & Trick
• Video Tutorials - ANSYS Software und CADFEM Applications
CADFEM auf Xing - News kompakt
• Vorschau auf Events & Seminare
• Neue CADFEM Produkte
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Ermüdungsanalyse von dickwandigen Schweißkonstruktionen

  • 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
  • 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!
  • 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 Carl-Zeiss-Ring 11-13 85737 Ismaning Germany Tel: +49 (0)89 9605372 18 Fax: +49 (0)89 9605372 21 Email: stephan.vervoort@hbmncode.com www.hbm.com/ncode Thanks for Your Attention ! Questions ?
  • 21. Kontaktieren Sie uns – wir helfen Ihnen gerne! CADFEM (Austria) GmbH Wagenseilgasse 14 1120 Wien Tel. +43 (0)1 587 70 73 – 0 E-Mail. info@cadfem.at Web. http://www.cadfem.at Immer aktuell informiert – CADFEM Blog, Xing und Youtube-Channel CADFEM Blog - Umfassend informiert – http://blog.cadfem.at • News zur FEM-Simulation - What‘s hot? What‘s new? • Video-Tutorials - ANSYS, LS DYNA & mehr • Hinter den Kulissen: CADFEM intern CADFEM Youtube Channel - Tips & Trick • Video Tutorials - ANSYS Software und CADFEM Applications CADFEM auf Xing - News kompakt • Vorschau auf Events & Seminare • Neue CADFEM Produkte • CADFEM Jobbörse Fragen? Interesse?