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Beispiel.JPG

Hallo Forum!

Ich habe eine Frage zur FKM in Verbindung mit der IIW Richtlinie und Nachweisen von geschweißten Nähten. Zum besseren Verständnis habe ich ein Bild rechts beigefügt. Nachzuweisen ist die Schweißnaht an den rot und grün umkreisten Punkte. Gerne will ich die Modelle als Solid Körper berechnen, da noch einige andere Elemente von Interesse sind. Nun ist allerdings die Frage, wie da vorzugehen ist.

An dem Punkt B bei der grünen Linie kann ich die Spannungen nach IIW Richtlinie interpolieren und anschließend nach FKM auswerten. Würde ich hierfür 30mm als Länge für die Interpolation verwenden?

Wie sieht es denn mit dem Punkt A aus? Hierbei kann ja auch eine Schädigung an der Schweißnahtwurzel auftreten. Welche Möglichkeiten bieten sich denn hierzu an? Kann ich auch nach IIW Richtlinie die Spannungskonzentration abmindern und dann nach FKM auswerten?

Die Daten für die Abmessungen sind:
t1 = 5mm
t2 = 30mm
aw = 3mm
Der Werkstoff soll S355 sein.

edit: die Berechnung soll auf Ermüdung, also fatigue erfolgen.

Vielen Dank und beste Grüße,
Aeterion

[Diese Nachricht wurde von Aeterion am 11. Feb. 2020 editiert.]

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Mit Radius oder wie im Bild zu sehen ist nur eine Idealisierung als Fase?

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Im Idealfall ohne Fase, deswegen würde ich gerne von dem Kerbspannungskonzept fern bleiben.

Notfalls können diese aber nachmodelliert werden. Die Elementgröße soll um die 5 mm betragen. Im Bereich der Schweißnaht kann auch verfeinert werden.

[Diese Nachricht wurde von Aeterion am 11. Feb. 2020 editiert.]

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Mit Radius dann nach CAB. Am besten mit Hexaeder um bei Nahtauslauf ein strukutiertes Netz zu erhalten. Ausgewertet wird dann der Spannungsfpad um die Schweißnaht bei den Elementen im Nahtauslauf zum Werkstück. Im Spannungsplot als X Abzisse zur Nahtlänge und Y Abzisse die Nennspannung. Über den Mittelwert der Nennspannung (Haibach) wird dann nach den bekannten FKM Gleichungen die pastische Stützzahl und daraus der gesuchte Auslastungsgrad ermittelt. 
5 mm sind eindeutig zu groß. Über den Radius sollten es schon mind. 8 Elemente sind, wobei die Elemente am Nahtauslauf eine feine Linie darstellen sollten um einen plasiblen Spannungsfpad (innerhalb der max. Volumenspannung) zu erhalten. Das wäre nicht der Fall, wenn ein Element über den Radius mehrere Spannungswerte abbildet. 

[Diese Nachricht wurde von Duke711 am 11. Feb. 2020 editiert.]

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Danke für die Vorgehensweise, hierbei habe ich auch noch einen älteren Artikel im Forum gefunden.

https://ww3.cad.de/foren/ubb/Forum101/HTML/006025.shtml

Allerdings würde ich auch gerne eine Ermüdungsberechnung durchführen. Wie wäre da ein passenden Vorgehen. Lässt sich da die Hot-Spot Methode überhaupt anwenden? Von B sehe ich da kein Problem, wie sieht es da mit dem Punkt A aus? Sorry für die Unklarheit     

[Diese Nachricht wurde von Aeterion am 11. Feb. 2020 editiert.]

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Habe leider keine Zeit um mir diesen Beitrag anzuschauen.

Hot Spot eignet sich aber nur für eine idealisierte Fase und ist stark Netzabhängig, zu feine Netze liefern meist zu geringe Spannungen, wie umgekehrt.
Wenn mit Fase dann entweder Haibach oder noch besser ASME
Bei Schwingfestigkeit wird ein Laskollektiv gefahren und dann die Max. Nennspannung nach Wöhler ausgewertet. Hier würde ich aber zu einen plastischen Materialmodell raten, was zum einen zu realistischeren Max. Nennspannungen führt zum anderen wegen low cycle fatigue.

[Diese Nachricht wurde von Duke711 am 11. Feb. 2020 editiert.]

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also mal ganz blöd gefragt - in welcher Richtung erfolgt die Belastung? Quer zur Naht? Und warum ist die Steife nur einseitig mit ner Kehlnaht angeschlossen und wie groß ist der Wurzelfehler (= Abstand Blech  -UK Versteifung)?

Zum Punkt A : wie dort die Schweißung real aussieht kann keiner festlegen da nur von aussen angebraten wird.
Mag sag das ich es falsch verstanden habe, aber Radius in der Kehlnaht? Wenn ja, ist da praktisch gesehen Quatsch auch wenn man es modellieren und rechnen kann.

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

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Die Belastung erfolgt als Normalkraft (Lastfall 1 Zug, Lastfall 2 Druck) am 7mm oben angeschweißten Blech. der Wurzelfehler kann z.B. mit 0,1-0,5mm angenommen werden. Da würde mich auch interessieren, welchen Unterschied dies macht.

Punkt A kann zudem auch schlecht inspiziert werden, da innenseitig kein Zugang erfolgen kann.

Eigentlich ist dieses Beispiel ein kleines Submodel aus einem größeren Bauteil. Das 7mm Blech oben ist eigentlich ein umlaufendes Hohlprofil. Die Toleranzen sind ebenfalls hoch, da mit MAG geschweißt wird und der Schweißer je nach Tag auch mal ne andere Naht schweißt. Idealisiert sieht die Nacht aber wie oben angezeigt aus.

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Stegk.jpg

Ups, haste Dich verschrieben "7 mm" Blech?
Wenn von oben gezogen wird, wozu dann der Nachweis? Da reicht doch die Betrachung ob die Nahtspannung die zulässigen Werte für Kehlnähte nicht überschreitet.
Alternativ könnte man statt einer Kehlnacht auch eine nicht vollständig ausgeführte "Steg K Naht" wählen, indem man dem vertikalen Blech (t1) eine Phase verpaßt (siehe Bild)
Das mit der Handschweißung und der Tatterichkeit des Schweißers hatte ich übrigens im Hinterkopf als in die Frage mit dem Radius stellte

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

[Diese Nachricht wurde von smittytomcat am 12. Feb. 2020 editiert.]

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Ja, das würde auch gehen.

Die Sache ist nur ... dieses Biespiel ist etwas stark vereinfacht um die Vorgehensweise für größere und komplexere Konstruktionen beispielhaft festzulegen und zu demonstrieren.

@smittytomcat. Welchen zulässigen Wert hättest du denn bei diesem Fall spontan im Kopf?

Vielen Dank =) Brache etwas Erfahrungsaustausch 

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Zu Punkt A,

ich habe angenommen dass das Bild nicht richtig dargestellt ist und somit auch nicht der Realität entspricht. Das Bauteil wird ja nicht schwebend angeschweißt und vor allem würde denn auch nicht der Querschnitt der Schweißnaht genutzt werden.
Bei einer typischen Kehlnaht liegt am Schweißpunkt das Material auf Stoß. Dahinter folgt natürlich eine Wurzelfreistellung.
Das kann man modellieren, dann sollte allerdings ein plastisches Materialmodell gewählt werden inkl. des Schweißzusatzes und die Naht wird inkl. Wurzelfreistellung ausmodelliert.
Sinnvoll ist das nur wenn durch eine thermische Schweißverfahrensmodellierung die Eigenspannungen berücksichtigt werden. Das ganze kann man mit einen statistischen Kollektiv der Beschaffenheit der Schweißnaht kombinieren, hier wäre eine maschinell erstellte Schweißnaht deutlich von Vorteil.

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Zitat:
<@smittytomcat. Welchen zulässigen Wert hättest du denn bei diesem Fall spontan im Kopf>

Für ne Kehlnaht mit S355 kann man in meinem Metier (Schiffbau & Meerestechnik) bis zu 160 N/mm2 rechnen.
Bei der anderen Nahtform (man kann fast davon ausgehen das die Schweißung komplett durchgeht) kann man de facto davon ausgehen das man mit einer vollen Anschlußdicke "t1" rechnen kann und das das Vollanschluß mit der zulässigen Spannungen des Grundwerkstoffes behandelt werden kann.
De facto würde man ausgehend von der Skizze etwa bei t1=5 mm etwa f = 1 mm stehen lassen. Man hat dann bei dieser Anschlußform eigentlich sogar noch weniger Schweißgut in der Naht als bei einer Kehlnaht.

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

[Diese Nachricht wurde von smittytomcat am 12. Feb. 2020 editiert.]

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Sehr gut! Auf 160 N/mm² komme ich mit der FKM Richtlinie auch. Allerdings nur statisch. Ich habe mich da eher auf die FAT Klasse bezogen.

Ich suche eben nach einem einheitlichen Konzept, auch solche Schweißnähte mit Volumenelementen nachrechnen zu können. Der Sinn dahinter ist, dass es bei mir manchmal komplexere Strukturen mit bionischen Formen gibt, gerne auch mit Ausschnitten und Anschlüssen. Diese bringen dann Irregularitäten und so weiter mit ein. Wenn dann noch viele Lastfälle hinzukommen, wird es mit Balkenelementen wieder schwierig.

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kerbfal__.jpg

Kerbfall--->
z.B. Zug-Nennspannung +18MPa und Druck-Nennspannung -18MPa
Spannungsdelta 36MPa, ohne Sicherheiten nur bis 2 Mio. Lastwechsel OK

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Hoi FM,

kurz & knapp - so sehe ich's auch: tabellierten Kerbfall raussuchen & gut ist.

Es macht wenig Sinn an einseitigen, im Zweifelsfall auch noch undefinierten Kehlnähten, eine Ermüdungsberechnung mit FEM-Solidmodell zu machen.
Da kommt zwar was raus - aber oft nix gescheites - verglichen mit dem Aufwand.

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