Dokument 1.pdf (35.736 KB) - RWTH Aachen University

1. Einleitung
Projekts „HYBLAS“ die Hybridlaserschweißverbindungen für Baustähle mit Festigkeitsklassen von
S355 bis RQT701 und Dicken von 12 bis 20mm zu Verfügung.
Im ersten Teil der Arbeit werden die Mikrostruktur der Hybridlaserschweißverbindungen (HLSV)
charakterisiert und die mechanischen Eigenschaften bestimmt. Um mehr Kenntnisse über den Einfluss
des Spannungszustandes und der Mikrostruktur auf das duktile Bruchverhalten von HLSV zu erlangen,
werden anschließend quasi-statische Versuche an gekerbten Rundzug- und Bruchmechanikproben
durchgeführt. Dabei werden die Kerbe und Anfangsrisse in der Schweißnahtmitte betrachtet, da davon
ausgegangen wird, dass Schweißnahtdefekte wie z.B. Erstarrungsrisse primär in der Mitte der
Schweißnaht entstehen können.
Für die numerische Bestimmung der Rissinitiierung und des stabilen Risswachstums wird das
mikromechanische Modell von Gurson, Tvergaard und Needleman (GTN) verwendet, mit dem die
Mechanismen der duktilen Schädigung beschrieben werden können. Die Identifikation der
Modellparameter erfolgt mittels kombinierter metallographischer und experimenteller Untersuchungen,
wobei der Schwerpunkt auf der Ableitung der maßgebenden Gefügeparameter liegt, die mit den
Modellparametern korreliert werden können. Die so ermittelten Parameter werden anhand der
Risswiderstandsergebnissen aus Bruchmechanikversuchen überprüft und gegebenenfalls angepasst.
Eine der wichtigsten Eigenschaften, die die Schädigungsmodelle aufweisen sollen, ist die
Übertragbarkeit der Modellparameter auf beliebige Bauteil- und Risskonfigurationen. Zu diesem
Zweck wird das Schädigungsmodell zur Bestimmung der Rissinitiierungswerte von bauteilähnlichen
Großzugproben eingesetzt. Die Qualität der numerischen Abschätzung des Rissinitiierungszustandes
für die Großzugproben wird durch den Vergleich mit den Versuchsdaten bewertet.
Bei der Anwendung von hybridlasergeschweißten Bauteilen bei tiefen Temperaturen steigt die
Wahrscheinlichkeit zum Spaltbruch an. Zur Ermittlung der kritischen Spaltbruchzähigkeiten in
Abhängigkeit von der Temperatur und der Probengeometrie werden Versuche an
Bruchmechanikproben durchgeführt und anschließend mit dem probabilistischen Mastercurve-Konzept
ausgewertet. Neben den experimentellen Untersuchungen werden die Spaltbruchmechanismen in den
HLSV auch durch die Analyse des lokalen Beanspruchungszustands in der Rissspitzenumgebung
mittels numerischer Methoden näher ergründet. Als Spaltbruchmodell bietet sich das statistische
Versagensmodell nach Beremin an, das in Bezug auf die Prognose des Spaltbruchs dem Mastercurve-
Ansatz gegenübergestellt wird. Ausgehend von diesen Ergebnissen wird die Möglichkeit einer
Kombination des GTN-Modells mit dem Beremin-Modell zur Beschreibung des Versagens im
Übergangstemperaturbereich untersucht.
Im letzten Teil der Arbeit wird eine Sicherheitsbewertung von Großzugproben basierend auf
experimentellen und numerischen Zähigkeitskennwerten durchgeführt. Zusätzlich wird das
Schädigungsverhalten von realen Bauteilen mit dem duktilen Schädigungsmodell bestimmt und
anschließend bewertet. Basierend auf diesen Ergebnissen sollen die Vorteile der Anwendung von
wirklichkeitsnahen Werkstoffmodellen bezüglich der Ausnutzung des Werkstoffpotentials bei der
Auslegung von hybridlasergeschweißten Bauteilen aufgezeigt werden.
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