Crack propagation analysis of welded joints by numerical and experimental investigations

Titel in Übersetzung: Rissfortschrittsanalyse geschweißter Verbindungen anhand numerischer und experimenteller Untersuchungen

Syed Shah

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDiplomarbeit

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Abstract

Das Ermüdungrisswachstum ist wesentlich zur Bewertung und Beurteilung der Bauteilfestigkeit und Lebensdauer maschinenbaulicher Komponenten. Das Ziel dieser Diplomarbeit ist eine numerische, analytische und experimentelle Analyse des Rissfortschritts bei geschweißten Verbindungen. Eine vergleichende Studie unter Anwendung der SoftwarePakete Franc2D und nCode erfolgt für unterschiedliche strukturelle Details. Besonderer Fokus liegt dabei auf einem Kantenriss in einer Platte und Schweißverbindungen mit nicht-tragenden und last-tragenden Quersteifen. Dies ermöglicht einen Vergleich zu kürzlich veröffentlichten IIW-Ergebnissen. Die Bewertung mit Franc2D führt dabei aufgrund benutzerabhängiger Integrationseinstellungen zu etwas konservativeren Werten. Im Fall von nCode ist eine genaue analytische Berechnung des Spannungintensitätsfaktors (SIF) Voraussetzung, wobei auch hier die Resultate eine gute Übereinstimmung zeigen. Die experimentelle Arbeit konzentriert sich auf die Durchführung und mikroskopische Analyse von Ermüdungsversuchen bei variablen Blocklasten, mit und ohne Überlast. Die untersuchten T-Stoß Proben weisen dabei eine Grundmaterialfestigkeit von niederfestem Baustahl S355 bis zu höherfestem Feinkornstahl S690 auf. Einzelne Überlasten führen zu makroskopische Rastlinien, welche im Lichtmikroskop gut zu erkennen sind. Um die Schwingstreifen innerhalb der polykristallinen Mikrostruktur zu detektieren, wurde Rasterelektronmikroskopie eingesetzt. Die charakteristischen Rastlinien und Schwingstreifen sind gut erkennbar und entsprechen den Ergebnissen der numerisch ermittelten Rissfortschrittsanalyse. Abschließend erfolgt eine umfangreiche Parameterstudie von numerischen Franc2D Berechnungen unter Berücksichtigung zahlreicher verschiedener Materialparameter aus Richtlinien und der Literatur. Es zeigt sich, dass die Anfangsrisslänge der wesentliche Faktor für den weiteren Rissfortschritt und die Lebensdauer ist. Eine detaillierte Studie über die Anfangsrisslänge zeigt, dass ein Wert von 0,01mm für die Ermüdungsversuche der hochfesten Stahlverbindung gut anwendbar ist. Ein Vergleich zwischen den Simulationen und experimentellen Ergebnissen beweist, dass alle Rissfortschrittsparameter zu einer sicheren Auslegung führen, wenn die Anfangsrisslänge nicht kleiner als dieser Wert gewählt wird. Zusammengefasst kann festgehalten werden, dass die ausgewerteten Materialparameter eine Lebensdauer aufweisen, welche innerhalb des empfohlenen Streubereichs für geschweißte Verbindungen ist.
Titel in ÜbersetzungRissfortschrittsanalyse geschweißter Verbindungen anhand numerischer und experimenteller Untersuchungen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Leitner, Martin, Mitbetreuer (intern)
  • Stoschka, Michael, Betreuer (intern)
Datum der Bewilligung27 März 2015
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2015

Bibliographische Notiz

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Schlagwörter

  • Bruchmechanik
  • Rissfortschritt
  • Schweißverbindung
  • Numerische Simulation

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