---

VonMises.PNG FKM.PNG

Hallo,
zur Zeit versuche ich mit Hilfe der FKM-Richtline eine Schweißnaht nachzuweisen (Statisch mit örtlichen Spannungen). Ich habe bisher noch keine großen Erfahrungen mit der Richtlinie und Schweißnähten.Bei dem Bauteil handelt es sich um ein Vierkantrohr auf welches ein Klotz geschweißt ist. Durch die Belastung entsteht in der Schweißnaht eine singuläre Stelle. Folgende Vergleichsspannungsverteilung ergibt sich (Siehe Anhang).

Der Nachweis soll mittels Strukturspannungen geführt werden. Durch Extrapolation (hot-Spot-Methode) auf die singuläre Stelle erhalte ich eine Vergleichsspannung (v.Mises) von ca. 65 MPa.

Gemäß FKM-Richtlinie (Auflage 2013 / S.67/ Gleichung 3.1.14)  wird für die Schweißnaht  folgende Vergleichsspannung genutzt

σVW=Sqrt (σsenk^2+τpar^2)

Diese Spannung würde sich, meines Erachtens, für diesen Fall somit wie folgt ergeben:

σVW=sqrt(σZ^2+τxy^2)

Die so bestimmte Vergleichsspannung ist ebenfalls im Anhang aufgeführt. Allerdings ergibt sich dadurch im Nachweispunkt eine Spannung, die wesentlich niedriger als die v. Mises Spannung ist d.h. > 5 MPa. Ich kann mir darum nicht vorstellen, dass der Nachweis mit dieser niedrigen Spannung geführt wird.
Kann mir jemand sagen, ob wirklich eine so starke Differenz zwischen v. Mises und der genutzten Vergleichsspannung möglich ist ? Oder habe ich bei der Berechnung der Vergleichsspannung einen Fehler gemacht und die Richtlinie falsch interpretiert ? Bei zweiterem bitte woran der Fehler liegen könnte.
Vielen Dank schon im Vorraus.

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP

---

Hallo,

wenn Du die Spannungskomponenten bezüglich des globalen Koordinatensystems auswertest, dann ist SZ parallel zur Schweißnaht, SX senkrecht und die Schubspannung parallel zur Schweißnaht müsste eigentlich SXZ sein.

Ein Abbildung zu den Spannungskomponenten, die Dir weiterhelfen könnte, ist im Beispiel 6.6.0 (S. 220) der FKM-Richtlinie abgedruckt.

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP

---

Hat zwar nichts direkt mit Deiner Frage zu tun, wohl aber mit der Haltbarkeit - wo ist die Kehlnaht an der vorderen Flanle zum Profil? Sollte diese Laschenverbindung in korrosivem Medium und besonders in salzhaltiger Luft zum Einsatz kommen, dann hast Du schneller als Du schauen kannst den Rost zwischen Lasche und Profil - Lebensdauer hin oder her, Stichwort Spaltkorrosion

------------------
Gruß
Gerd
Hunde haben ein Herrchen oder Frauchen - Katzen haben Personal.

[Diese Nachricht wurde von smittytomcat am 22. Aug. 2014 editiert.]

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP

---

Nahtquerschnitt.PNG

Hallo,

erst mal vielen Dank dein Beitrag hat mir sehr geholfen. Mit den neuen Spannungskomponenten sehen die Ergebnisse wesentlich plausibler aus.
Kurz noch mal als Nachfrage für die nächsten Berechnungen und damit ich das auch richtig verstanden habe.

Man legt den Querschnitt  der Schweißnaht durch die auszuwertende Stelle. Aufgrund des Auslaufens der Naht und dem damit verbundenen Radius, liegt der Querschnitt in der XY-Ebene. Somit sieht der zu betrachtende Querschnitt wie im Bild im Anhang aus. Obwohl der gesamte Querschnitt eigentlich an der entsprechenden Stelle angeschweißt ist, werden die zum Querschnitt passenden Komponenten genutzt (auch wenn die auszuwertende Stelle eigentlich auf der Nahtschrägen liegt).Damit wären dann wie du gesagt hast SX senkrecht und SXZ parallel.

Für das Rohr würde sich dann SY senkrecht und SYZ parallel für den gleichen Querschnitt ergeben. Habe ich das so richtig verstanden?

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP

---

Hallo Smittytomcat,

ich gebe dir Recht, dass die Baugruppe recht bescheiden konstruiert ist. Allerdings gibt es das Teil schon länger und ich soll nachweis dafür bringen. Dementsprechend kann an der Konstruktion nichts mehr geändert werden

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP

---

Hallo ToBro,

ich wollte auch nicht meckern, sondern das fiel mir auf. Ja, es gibt schon Artisten auf der Welt:

------------------
Gruß
Gerd
Hunde haben ein Herrchen oder Frauchen - Katzen haben Personal.

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP

---

Hallo smitty,

da hast Du schon recht: so ein Ding kann man auch mit FEM nicht geraderechnen.
Zumindest nicht mit vertretbarem Aufwand.

Wie sieht den die Qualität am Schweissnahtende aus? Was soll die Schweissnaht halten? Was sind die folgend wenn sie bricht? Statisch oder dynamisch belastet?

Deshalb:

Eine FE Rechnung wird hier nicht besser als eine grobe Handrechnung.

Und:

Dass die Schweissnaht so schon gefertigt wird macht's nicht besser.

PS:

lasse mich gern eines Besseren belehren.

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP

---

Hallo ToBro,

Hot-Spot und FKM passen nicht zusammen. Die FKM macht keine Aussage über Extrapolation.
Ich habe mir die Mühe gemacht das zu überprüfen.

Des Weiteren musst du bei Hot-Spot, wie du selber schon sagst, EXTRAPOLIEREN.
An welchen Stellen und nach welchen Formeln haste das denn gemacht?

Gruß
MBauer79

------------------
MfG
MBauer

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP

---

Hierzu stehen Empfehlungen in der IIW-Richtlinie.

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP

---

Hallo MBauer79,

ich habe mich für die Extrapolation an der IIW-Richtlinie orientiert.

Gemäß Richtlinie wird auf Seite 66 heißt es :"....Singularitäten im Modell sollten nach Möglichkeit vermieden werden. Gelingt das nicht, sollte durch entsprechende Linearisierung (z.B. Innenlinearisierung oder Oberflächenextrapolation) der Netzeinfluss unterdrückt werden….“

Daraus habe ich gelesen, dass ich die Spannung extrapolieren kann (auch wenn eine genaue Angabe nach welchen Stützstellen nicht gemacht wird). Ich erkenne dementsprechend keinen Wiederspruch zwischen Extrapolation und FKM.

Gruß

ToBro

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP

---

mit Richtlinie und der Seitenzahl meinte ich die FKM

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP

---

Hallo,

Singularitäten lassen sich wohl an scharfen Kanten kaum vermeiden 
Die Unsicherheit in der FKM-Richtlinie sind die Stützstellen für die Extrapolation/Linearisierung.

Bei der Extrapolation mit unterschiedlichen Stützstellen ergeben sich ja auch unterschiedliche Ergebnisse.

Deshalb als Empfehlung: In die IIW-Richtlinie schauen, da gibt es Empfehlungen zur Linearisierung.
Als Anhaltspunkt: http://www.schmied-engineering.ch/www/diverses/DVS%20Spannungskonzepte%20im%20Vergleich.pdf

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP

---

Gebogene_Kehlnaht.PNG

Hallo ToBro,

das mit den Spannungsrichtungen kann ich nachvollziehen. Aber warum wird der zu betrachtende Querschnitt in die XY-Ebene "geklappt"? Und wie erhältst du deine Spannungen für diese Stelle? (Extrapolation?, welcher Pfad?)

Ich beschäftige mich seit einigen Wochen mit der FKM-Richtlinie und habe Schwierigkeiten bei der Auswertung der Spannungen in einer Schweißnaht. Bisher habe ich versucht, mittels verschiedener Extrapolationsmethoden die Haupt-Strukturspannungen in X-, Y-, und Z-Richtung zu ermitteln. Diese kommen mir aber zu groß vor, da der statische Auslastungsgrad bei ca. 130% liegt, das Bauteil in der Praxis aber seit Jahren hält.

Wie müssten in dem angehängten Fall die Spannungen ermittelt werden? Für jeden Hinweis wäre ich dankbar!

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP

---

Hallo kleb184,
Bei meiner Rechnung habe ich den Nahtauslauf betrachtet. Dafür definiert die fkm Richtlinie nicht genau. Allerdings ändert sich die Richtung der Naht quasi von YZ in XY. Das meinte ich mit geklappt. Alternativ habe ich mir erklären lassen wäre auch die größte Hauptspannung eine Möglichkeit. Die Extrapolationspfade habe ich auf der Seite der Lasche und auf der Unterseite der Lasche jeweils senkrecht zur Nahtkante gelegt. Anschließend habe ich geguckt welcher Wert konservativer ist.
Zu deinem Problem: leider kann ich auf dem Bild nicht so viel erkennen. Allerdings sieht es so aus als ob du eine verrundete Naht modelliert hast (CAB-Methode?) dadurch verschwindet ja die Singularität.  Das würde auch erklären, warum das Maximum mitten auf der Naht liegt. Die Richtungen liegen wohl für die Unterseite senkrecht =Y und parallel =YX

Mit der Abweichung zur Realität Ist relativ schwer was zu sagen wenn man den Rest des Modells nicht kennt. Allerdings wenn du die verschiedenen Methoden zur Spannungsinterpretation vergleichst erhältst du ziemlich große Abweichungen untereinander (kannst ja mal nach Beat Schmied von Schmied Engineering googlen der hat da recht viel anschauliches veröffentlicht).

Ansonsten würde ich mal versuchen mit einem Kerbspannungsmodell zu rechnen. Hoffe das hilft dir irgendwie.

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP

---

Seitenansicht_45Grad_Fase.PNG Seitenansicht_Sigma_vgl_Mises.PNG Seitenansicht_Pfad.PNG

Hallo ToBro,

vielen Dank für die schnelle Antwort! OK, jetzt verstehe ich das mit deiner Naht. Mir war nicht klar, dass es dir speziell um den Nahtauslauf ging, der ja, wie du bereits gesagt hast, nicht in der FKM definiert wird.

Wenn ich nochmal auf meinen Fall zurückkommen darf:
Du hast recht, auf dem Bild ist eine ausgerundete Naht zu sehen. Ich habe bereits verschiedene Extrapolationsmethoden ausprobiert (außerdem die CAB-Methode) und komme auch immer wieder auf relativ ähnliche Spannungswerte für die Normalspannung in Z-Richtung von ca. 300-340 MPa. In Z-Richtung treten in dem Modell die größten Normlspannungen auf. Mit einem Kerbspannungsmodell kann ich leider nicht rechnen, weil die FKM-Richtlinie das nur für Baustahl erlaubt. Bei mir handelt es sich um Alu.

Ich habe noch einige Bilder angehängt, die den Sachverhalt hoffentlich besser verdeutlichen.

Mir geht es ersteinmal um die grundsätzliche Vorgehensweise bei der Spannungsauswertung:
1. Handelt es sich bei den extrapolierten Normalspannungen (X,Y,Z auf dem Pfad) um die maßgeblichen Spannungen, aus denen die Vergleichsspannung gebildet wird?
2. Das Bauteil besteht aus unterschiedlichen Alu-Legierungen. Für die Auswertung der Schweißnaht lege ich die Werkstoffkennwerte des Schweißzusatzwerkstoffs zugrunde. Die Werkstoffkennwerte des waagerecht liegenden U-Profils sind maßgebend bei der Beurteilung des Grundwerkstoffs sowie der Wärmeeinflusszone. Oder?

Gruß
Andreas

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP

---

Hallo Andreas,

zu 1) also ich habe für die Extrapolation auch die auszuwertende Spannung genommen (Direkt über einen selbst erstellte Spannung =sqrt(SY^2+SYX^2) [Richtungen für deine Naht...wenn ich das richtig sehe] ), da ja diese Spannung ebenfalls an der Stelle singulär wird und somit Einfluss auf die Umgebung hat.
zu 2) Da bin ich leider überfragt ich würde prinipiell eher mit dem Wert des Grundwerkstoffes rechnen (dieser wird ja auch angeschmolzen und ist somit in der Naht enthalten). Ist aber eher eine Vermutung. Ansonsten halt mit den konservativeren Werten.

Zu deinen Bildern: mir ist aufgefallen, dass die Bereiche verschiedenen Farben haben. Hast du dabei nur die Flächen geteilt (richtig) oder den ganzen Körper. Wenn der ganze Körper geteilt wurde und mit Kontakten verbunden ist hättest du einen starken Steifigkeitseinfluss.

Gruß

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP

---

Guten Morgen,

danke nochmal für die Hilfe! Das mit der selbst erstellten Spannung ist eine gute Sache. Damit spart man sich etwas Arbeit.
In meinem Fall ist das waagerecht (Z-Richtung) liegende U-Profil an den oberen Ecken abgerundet. Die Stelle mit der größten Spannung befindet sich genau in dieser Rundung. Ich denke, dass ich dafür ein lokales Koordinatensystem in den Punkt legen muss, um die Spannungen korrekt auszulesen. Das ist wieder eine neue Baustelle.. 

Danke für den Hinweis mit den verschiedenfarbigen Bereichen. Ich habe den Körper im CAD-Programm geteilt, um die Bereiche vor der Naht besser mit Hexaedern vernetzen zu können. Dann werde ich mal versuchen, das zu ändern und nur die Flächen zu teilen.

zu 2)
Ich finde, diese grundlegende Frage dürfte sich eigentlich gar nicht stellen, aber aus der FKM-RIchtlinie geht wirklich nirgends klar hervor, welche Werkstoffdaten zu verwenden sind! In meinem Fall handelt es sich bei dem U-Profil um EN AW-7020 (Rm=350, Rp=290) und bei dem Schweißzusatzwerkstoff um EN AW-5083 (Rm=275, Rp=125). Je nachdem welche Werte man wählt, unterscheiden sich die Ergebnisse natürlich sehr stark voneinander! Ich schreibe, wenn ich was Neues weiß.

Gruß
Andreas

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP

---

Kurzes Update:

Antwort:

Bei unterschiedlichen Werkstoffen (Grundwerkstoff und Schweißzusatzwerkstoff) werden folgende Werkstoffdaten zugrunde gelegt:

Nachweis des Grundwerkstoffs:    Rp und Rm des Grundwerkstoffs
Nachweis der Wärmeeinflusszone:  Rp und Rm des Grundwerkstoffs
Nachweis der Schweißnaht:        Rp und Rm des Grundwerkstoffs! (Der Schweißzusatzwerkstoff wird in dem 
                                Schweißnahtfaktor Alpha berücksichtigt; Beanspruchungsart [Zug,Druck,Schub], 
                                Nahtgeometrie [Stumpfnähte, Kehlnähte], Festigkeit des Schweißgutes)

Quelle: Dr. Roland Rennert (IMA Dresden)  -> Einen herzlichen Dank an dieser Stelle für die freundliche Auskunft!

[Diese Nachricht wurde von Kleb184 am 15. Sep. 2014 editiert.]

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP