Anwendung der Schweißsimulation auf Blockstöße im Schiffbau und Bewertung der schweißbedingten Eigenspannungen und Verformungen
Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Fricke, Dipl.-Ing. Sonja Zacke, Technische Universität Hamburg-Harburg
In der Schiffbaupraxis werden die aus Schweißprozessen resultierenden Schrumpfungen nur häufig nur grob in Abhängigkeit der Bauteilgröße abgeschätzt und Eigenspannungen in den Bemessungsformeln fallweise in Höhe der Streckgrenze angesetzt. Vorhandene Methoden zur Schweißsimulation sind sehr aufwändig und finden daher im Schiffbau keine Anwendung. Vereinfachte Methoden zur Abschätzung von Schweißeigenspannungen waren lange und sind weiterhin Gegenstand von FuE-Vorhaben, betreffen aber zumeist kleinere Strukturen. Hauptthema des vorliegenden Beitrages ist die Übertragung eines transienten Mehrlagenschweißprozesses auf eine Schiffsstruktur. Beim Schweißen von Blockstößen liegen ausgeprägte Einspannbedingungen vor, aus denen hohe Eigenspannungen resultieren. Aus diesem Grund wurde die Schweißung an einem Blockstoß simuliert, um anschließend den Einfluss der Eigenspannungen auf das Strukturverhalten zu untersuchen. Neben der Umverteilung von Eigenspannungen wird insbesondere deren Einfluss auf die Bruchsicherheit bei Annahme eines Schweißfehlers betrachtet. Im Vordergrund steht die Frage, ob hierbei günstige Auswirkungen der Eigenspannungsumlagerungen berücksichtigt werden können.
Application of welding simulation to block joints in shipbuilding and assessment of welding-induced residual stresses and distortions
In the shipbuilding design phase welding deformations are roughly estimated as a function of the size of the component and residual stresses are assumed to be in the range of the yield stress. Existing welding simulation methods are very complex and time-consuming and therefore not applicable for large structures as ships. Simplified methods for the estimation of welding effects were and still are subject of several research projects, but mostly concerning smaller structures. The main goal of this paper is the application of a multi-layer welding simulation to a ship structure. When welding ship block joints high constraints occur due to the ship structure that are assumed to result in accordingly high residual stresses. For this reason a welding simulation was done at a block joint to investigate the influence of the resulting residual stresses on the structural behavior. Next to the question if a redistribution of the stresses occurs when an additional external load is applied, the safety against fracture is considered. Therewith it should be clarified if a residual stress redistribution could have a positive influence on the fracture behavior.
