P 900 – Erweiterung des örtlichen Konzeptes zur Bemessung von LCF-beanspruchten geschweißten Kranstrukturen aus hochfesten Stählen

40,00 zzgl. MwSt

P900

Artikelnummer: P900 Kategorie:

Beschreibung

P 900 – Erweiterung des örtlichen Konzeptes zur Bemessung von LCF-beanspruchten geschweißten Kranstrukturen aus hochfesten Stählen

Im Kranbau hat das Eigengewicht einen wesentlichen Einfluss auf die Nutzlast und damit auch auf die Wirtschaftlichkeit der Konstruktion. Durch die Verringerung des Eigengewichtes, ohne Einbuße der Tragfähigkeit, kann die Traglast und damit  die Nutzlast entsprechend vergrößert werden. Diese Forderung nach höherer Beanspruchbarkeit bei geringerem Gewicht und Materialersparnis wird durch den Einsatz von modernen höchst- und ultrahochfesten Stählen erreicht.
In diesem  Forschungsbericht wird der Frage nachgegangen, ob die höhere statische Festigkeit der Feinkornbaustähle S960QL, S960M  und S1100QL auch im geschweißten Zustand unter zyklischer Belastung im Kurzzeitfestigkeitsbereich (LCF-Bereich) zum Tragen kommt. Daher wurde innerhalb dieses Forschungsprojektes das Schwingfestigkeitsverhalten der höchst und ultrahochfesten Stähle im Schweißzustand ohne und mit Schweißnahtnachbehandlung im LCFBereich charakterisiert und für eine numerische Bemessung aufbereitet.
Die Schwingfestigkeitsergebnisse unter konstanten als auch unter variablen  Belastungsamplituden basierend auf Betriebsmessungen mit einem Spannungsverhältnis von Rs = 0,1 zeigen, dass die hohe statische Festigkeit auch unter Ermüdung in der Kurzzeitfestigkeit ausgenutzt werden kann. Während die Schwingfestigkeit geschweißter Stumpfnähte unter konstanten Lastamplituden bis zu einer Nennspannungsschwingbreite von Dsn = 900 MPa linear fortgeführt werden kann, stellt sich unter variablen Belastungsamplituden ein bilinearer Verlauf ein. Der Vorteil höchstfester Feinkornbaustähle zeigt sich zudem durch die Schwingfestigkeitsergebnisse geschweißter Quersteifen.  Wöhlerund Gaßnerlinie verlaufen ebenfalls bis in den Bereich der statischen Werkstoffstreckgrenze linear. Von nicht zu vernachlässigender Bedeutung ist der Einfluss der Schweißnahtqualität und dem damit verknüpften Schweißverzug. Für die untersuchten Schweißdetails und kranbautypischer Rohr-Gabel-Bauteile erfolgte eine Aufarbeitung der Versuchsergebnisse im Nennspannungssystem in Form einer Einstufung in Kerbklassen (FAT-Klassen). Die Wirksamkeit einer Schweißnahtnachbehandlung mittels Schleifen, höherfrequentem Hämmern oder WIG-Aufschmelzen zeigt sich im maßgebenden Anwendungsbereich, dem Kurz-z eitfestigkeitsbereich, ebenfalls auf Basis von Nennspannungen durch die Steigerung der Lebensdauer.
Eine Bemessung auf Basis örtlicher Beanspruchungen kann sowohl unter Berücksichtigung des elastischplastischen Materialverhaltens mit dem Dehnungskonzept, als auch mit dem Kerbspannungskonzept und einer linear-elastischen Betrachtung durchgeführt werden. Hierbei zeigt sich, dass insbesondere mit dem Kerbspannungskonzept unter Anwendung eines Referenzradius von rRef = 1 mm Schweißkonstruktionen aus höchstfestem Stahl im LCF-Bereich  ausgelegt werden können. In der Modellierung werden die globale Proben- und lokale Nahtgeometrie abgebildet. Die  verbesserte konstruktive Auslegung bildet durch genauere Kenntnis des Schwingfestigkeitsverhaltens im LCFBereich eine breite Basis für eine wirtschaftlichere Anwendung hochfester Stähle.
Das IGF-Vorhaben 17102 N der  Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V., Düsseldorf, wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Das Vorhaben wurde an der Technischen Universität Darmstadt, Fachgebiet  Systemzuverlässigkeit und Maschinenakustik SzM und am Karlsruher Institut für Technologie KIT, Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine, durchgeführt.

Autoren:
T. Melz, B. Möller, J. Baumgartner, T. Ummenhofer, S. Herion, J. Hrabowski, J. Henkel, B. Boos, E. Baier

Veröffentlichung:
2015