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CAB.PNG Struktur.PNG

Hallo.
Ich würde gerne die Spannung in einer Schweißnaht berechnen. Ich habe jetzt schon mehrere Probleme gehabt. Zum einen wird die Normalspannungshypothese verwendet, weil es sich um eine Schweißnaht handelt. Deshalb interssiert mich in der FEM Auswertung die größte Hauptspannung.

Ich habe mich entschieden nach CAB die Schweißnaht als Radius zu modellieren mit R= sqrt(2)*a, wobei a der rechnerischen Nahtdicke entspricht. Das Netz stelle ich dann mit 0,4*t ein, weil dies gute Ergebnisse laut anderen Arbeiten in diesem Bereich ergibt.

Anschließend sondiere ich die Hauptspannung entlang der Kante zur Schweißnaht hin. Dadurch sollte sich wie im Anhang der entsprechende Spannugsverlauf ergeben. Soweit ich verstanden habe, wäre der rote Verlauf der ohne Radius, also mit Singularität und der andere, der Verlauf, in welchem die Singularität zu einem großen Teil durch den Radius heraus gefiltert wurde?!

Bei anderen Nahtformen (Fase mit 1mm Radius), werden die Spannungsverläufte mit einer Art Trendlinie extrapoliert und dies als maximalspannung angenommen. Bei dem Radius, wird aber einfach der Spannungswert verwendet, der sich dann aus der FEM ergibt, da die Form selbst schon den Spannungsverlauf reduziert?

Nur wie kommen denn jetzt die FAT-Klassen ins Spiel? Gucke ich z.B. nach welche Nahtform ich habe und erhalte dann beispielsweise eine FAT-Klasse von 90 .. gut und was sagt mir das? Bedeutet das, dass die Zulässige Spannung 90MPa beträgt? oder bedeutet das, dass ich zu zulässige Spannung um 10 % verringern muss? Ich meine es geht ja immer darum eine zulässige Spannung mit einer verhandenen zu vergleichen. Wenn sich z.B. eine bestimmte Nahtform negativ auswirkt, muss die zulässige Spannung einfach mit irgendwelchen Faktoren wie gemindert werden oder? Denn aus der Folie (Anhang) werde ich nicht schlau. Denn auf der Folie steht eine Sturktur und eine Kerbspannungsklasse. Aus diesen kommt man dann irgendwie auf "Gleichwertige Strukturspannungen" von 134 und 121MPa. Sind da im Prinzip die Spannungsspitzen die durch die Struktur bzw. die Naht entstehen in dem Fall? Muss ich dafür aus der FEM meine ermittelte Spannung ablesen und dann mit dem Verhätlnis der FAT klassen multiplizieren um dann auf die Quasi maximale Spannung nach FKM bzw. IIW zu kommen?

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Hi,

Dein Text beinhaltet jede Menge gefährliches Halbwissen.
Ich wollte zwar ausführlich antworten, aber das würde wohl den Rahmen des Forums sprengen. Zu empfehlen wäre zunächst:

Zur rechnerischen Bauteil-Ermüdungsfestigkeit unter dem besonderen Aspekt der Schweißnahtnachbearbeitung

Zur Erlangung der venia legendi

dem Fachbereich Bio- und Chemieingenieurwesen der Universität Dortmund vorgelegte Habilitationsschrift

von Dr.-Ing. Jürgen Rudolph
Dortmund 2003

Gruß Paul

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Plastische_Stutzzahl.PNG Plastische_Formzahl.PNG Nachweis.PNG

Vielen Dank    

Ich bin jetzt schon ein bisschen weiter gekommen und habe noch ein paar Fragen.
Die Schweißnähte die ich überprüfen möchte, haben jetzt nicht die Oberste Priorität, deshalb möchte ich es soweit vereinfachen wie es geht.

Zum einen weiß ich, dass die Anzahl der Lastwechsel <10^5 ist, was im Zeitfesitgkeitsbereich liegt. Das heißt es würde laut FKM reichen einen statischen Festikeitsnachweis mit örtlichen Spannungen zu führen.
Mein Bauteil besteht aus einem T-Stoß aus S355JR, also einem duktilem Werkstoff. Die Belastung besteht aus einer dezentralen und schwellenden Einzelkraft. Das heißt, es liegt ein proportionaler, mehrachsiger Spannungszustand vor. Da es sich um ein geschweißtes Bauteil handelt, ist der KA, als auch der Größeneinflussfaktor = 1.
Die Druckeinfluss f_sigma und Temperatur-Faktoren ebenfalls.

Zum Ende hin muss ich den Auslastungsgrad bestimmen (siehe Anhang).Dazu muss ich die plastische Stützzahl bestimmen. Leider weiß ich nicht was sie genau aussagt. Geht es bei dieser nur um das Bauteil oder ist diese nicht von Bedeutung wenn das Bauteil überdimensioniert ist und es mir primär nur um die Schweißnaht geht? Kann ich dann den Wert der Formzahl Kp,b einfach aus der Tabelle nehmen(Anhang)? Laut FKM ist die Stützzahl wohl etwas aufwendiger zu bestimmen. Da ich mit Solidworks Arbeite, wäre es besser wenn ich dort evt. etwas vereinfachen könnte. Eigentlich sagt doch die Stützzähl n_pl nur etwas für die Mikroverfestigung im Kerbgrund aus, ist das für die Schweißnaht denn auch relevant bzw. eigentlich "Verbessert" diese Zahl doch eher den Wert oder?

Dann steht in der FKM, dass der Schweißnahtfaktor a_w nur für die Nahtwurzel berücksichtig wird und das der Nachweis bei Volumenförmigen Bauteilen für die Nahtwurzel, als auch den Nahtübergang erbracht werden muss, deren Auslastungsfaktoren anschließend zusammengefasst werden. Die Naht habe ich wie beschrieben mit der CAB Methode modelliert. Ich kann die Spannungen bis zum Radius und in diesem selbst messen, aber nicht in der Schweißnahtwurzel, weil ich diese gar nicht modelliert habe. Laut einem anderen Buch, lässt die FKM ein Hintertürchen für volumenförmige, beschweißte Bauteile offen, indem man nur die größte Hauptspannung im Nachweißpunkt betrachten muss un diese als Sigma_max_ex in die Gleichung des Auslastungsgrades einsetzen muss. Nur wo ist der Nachweißpunkt? Ist der Punkt dort wo der Radius anfängt oder wie im Bild in der FKM genau in der Mitte vom Radius auf der Oberfläche? Bzw. die erste und zweite Hauptspannung zeigen ja zum einen entlang der Schweißnaht bzw. tangential zu ihr auf der Oberfläche, wohingegen die dritte ins Bauteil-Innere gerichtet ist. Ich hatte eigentlich vor mir die Spannung entlang der Kante zum Radius hin anzeigen zu lassen und dann den Maximalwert davon heraus zu picken. Extrapolieren muss man ja nichts mehr, da der Radius die Singularität schon heraus gefiltert hat oder? Dann könnte ich diese Spannung nehmen und einfach in die Gleichung für den Auslastungsgrad inkl. der Restlichen Sicherheitsfaktoren einsetzen und falls dieser unter 100% liegt, wäre der Nachweis erbracht, richtig?

[Diese Nachricht wurde von Jarrao am 06. Jun. 2015 editiert.]

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Hi,

http://ww3.cad.de/foren/ubb/Forum99/HTML/001130.shtml

dort ist ein PDF zu finden, das könnte helfen.

Die Grenze der statischen Betrachtung liegt bei 10 000 Lastwechseln. Ansonsten solltest Du Nennspannungen nicht mit den Strukturspannungen vermischen. Die Methode des Chemieapparatebaus geht von den örtlichen Spannungen aus.

FKM arbeitet mit dem elastisch-idealplastischen Materialgesetz. Die Bestimmung des globalen Versagens als plastische Stützzahl sollte in FEM genauso ablaufen. Nachdem Du das Material als elastisch-idealplastisch hinterlegt hast, rechnest Du mit der um eine angenommene plastische Stützzahl überhöhten Last, bis zum plastischen Kollaps. Dieser Faktor (wir gehen mittlerweile grundsätzlich niemals über 3) ist dann Deine plastische Stützzahl.

Gruß Paul

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Konsole_Steg_RB_Normal.png Pfaddefinition.PNG Strukturspannungskpnzepte.PNG

Elastisch-idealplastischen, bedeutet doch, dass die Spannung linear im elastischen Bereich ansteigt und dann vom Programm als konstant angenommen wird ab der Fließgrenze. Dies bedeutet, dass ich eine plastische Studie in Solidworks anlegen muss. Mit einer Plastischen Studie kann ich dann sehen, wieviel Material an der versagenskritschen Stelle, sich im plastischen Bereich befindet richtig?
Nur welche Last gebe ich dann drauf? Erhöhe ich die Spannung solange in bestimmten schritte und simuliere dann immer wieder neu, bis ich der Meinung (durch die Anschauung) bin, dass das Teil versagt? Oder wie kommt der in der PDF genau auf den Wert 4?

Dann würde mich die Strukturspannung noch interessieren. Es gibt ja verschiedene Ansätze um auf diese zu kommen. Haibach nimmt einfach einen Abstand von 2,5mm von der Schweißnaht und verwendet diese Spannung. Bei der Hot-Spot Methode werden zwei oder drei Punkte auf der Kurve genommen und mit einer linearen oder Quadratischen Funktion Extrapoliert, wobei ich nicht weiß, ob man die Punkte frei wählen kann.

Ich hatte das so verstanden, dass bei der CAB Methode, allein durch die Form der Kerbe (Viertelkreis), die Singularität soweit heraus gefiltert wurde, dass man den Entsprechenden Wert der Strukturspannung ohne Extrapolation einfach ablesen könnte? Ich habe mir den Spannugnsverlauf zur schweißnaht hin mal ausgeben lassen (siehe Anhang). Ich kann dort doch einfach den letzten Wert von 2MPa einfach ablesen oder?
In der FKM steht, man müssen den Nachweis für die Wurzel mit einer Innenlinearisierung durchführen. Dafür gibt es verschiedene Pfade (siehe Anhang), leider ist es in Solidworks schwer so einem Pfad anzulegen und zu sondieren.
Kann man nicht einfach nur den Nahtübergang berechnen mit CAB oder muss man bei Doppelseitiger Kehlnaht unbedingt zwischen den Nähten eine Lücke mit zwei Radien Konstruieren (Anhang) und dort hin die Spannungen entlang des Pfades messen?

Hier steht übrigens auf S.7 oben, dass bis 100.000 Lastspielen der Statische Fall angenommen werden kann.
http://www.schmied-engineering.ch/www/diverses/SMK2010%20Statischer%20Nachweis%20von%20Schweissnaehten.pdf

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Hi,

die Grenze liegt definitiv bei 10 000 Lastwechseln.
Hast Du den Literaturhinweis beachtet?

Gruß Paul

[Diese Nachricht wurde von ToTacheles am 08. Jun. 2015 editiert.]

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