"Ausgewählte Themen zu Festigkeit, Schwingungen und Akustik"
Beurteilung der Schwingfestigkeit von Schweißverbindungen auf Basis der lokalen Formänderungsenergiedichte
Prof. Dr.-Ing. Alexander Düster, Dipl.-Ing. Claas Fischer und Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Fricke, TUHH
Zur Sicherung der globalen Wettbewerbsfähigkeit verfolgt die deutsche Schiffbauindustrie zwei Hauptrichtungen bei der Optimierung der Stahlkonstruktion: die vermehrte Verwendung von höherfesten Stählen und die Rationalisierung des gesamten Schweißprozesses. Dies erfordert eine frühzeitige und zuverlässige Beurteilung der verschiedenen verwendeten Schweißdetails hinsichtlich einer ausreichenden Betriebsfestigkeit. Allerdings beinhalten die derzeit gängigen Konzepte auf Basis von Kerbfallklassen sowie Struktur- oder Kerbspannungen erhebliche Unsicherheiten. Eine interessante Alternative zu den bestehenden lokalen Konzepten stellt die Verwendung einer mittleren Formänderungs- energiedichte (strain energy density bzw. SED) dar. Die SED, die in einem Volumen in der unmittelbaren Umgebung der durch die Kerbe erzeugten Singularität numerisch berechnet wird, bietet die Möglichkeit, V-förmige Kerben am Nahtübergang und an der Nahtwurzel auf Basis einer einheitlichen Wöhlerlinie mit relativ geringer Streuung zu bewerten. In dem Beitrag werden dieses neue Konzept sowie dessen Annahmen erläutert und verschiedene Vernetzungs- und Verfeinerungsstrategien der Finite-Elemente-Methode exemplarisch an ausgewählten Beispielen vorgestellt. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf der effizienten Berechnung der SED, welche die Lösung von elastostatischen Problemen mit starken Singularitäten erfordert. Hierzu werden unterschiedliche Diskretisierungsstrategien basierend auf der h, p und hp-Version der FEM vorgestellt und miteinander verglichen.
Fatigue strength assessment of welded joints based on the local strain energy density
Prof. Dr.-Ing. Alexander Düster, Dipl.-Ing. Claas Fischer und Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Fricke, TUHH