SB_20366BGLP

Seite 6 des Schlussberichts zu IGF-Vorhaben 20366 BG
k*:
N k:
k:
Neigung der Wöhlerlinie für N > N k
Schwingspielzahl am Abknickpunkt der Wöhlerlinie
ertragbare Spannungsamplitude am Abknickpunkt der Wöhlerlinie
Wöhlerlinien werden auf Basis von experimentellen Schwingfestigkeitsergebnissen abgeleitet.
Für die Beschreibung der Streufelder der Wöhlerlinien wird im Folgenden die logarithmische Normalverteilung
verwendet. Es wird weiterhin davon ausgegangen, dass die Streuung unabhängig
von der Schwingspielzahl ist, die Breite des Streubandes also für die gesamte Wöhlerlinie gleich
ist. Die Streuung wird über das Streumaß
1
T N
= N PÜ=10%
N PÜ=90%
(hier in Schwingspielzahlrichtung N mit PÜ = Überlebenswahrscheinlichkeit)
2.2 Schwingfestigkeitsbewertung von Schweißverbindungen
Für die Schwingfestigkeitsbewertung von geschweißten Strukturen steht eine Vielzahl von Bewertungskonzepten
zur Verfügung [Rad06]. Im industriellen Umfeld werden überwiegend das
Nenn-, Struktur- und Kerbspannungskonzept angewandt. Für die Anwendung dieser Konzepten
werden in den IIW-Empfehlungen [Hob16] Bemessungswöhlerlinien empfohlen, die sich in der
Höhe der Beanspruchbarkeit (FAT-Wert), dem Abknickpunkt und der Neigung im Bereich der
Zeitfestigkeit unterscheiden. Für normalbeanspruchte Schweißnähte an Blechen mit Blechdicken
t ≥ 5mm werden diese durch einen einheitlichen Wöhlerlinienexponenten von k = 3 und einen
Abknickpunkt bei N k = 1·10 7 Schwingspielen charakterisiert. Für Strukturen mit geringerer Blechdicke
wird eine flachere Neigungen von k = 5 empfohlen [Son10].
Für die Bewertung auf Basis des Nennspannungskonzepts steht ein umfangreicher Katalog von
Kerbfallklassen in den Regelwerken zur Verfügung [Hob16, Eur10]. In diesem wird einem Kerbfall
eine FAT-Klasse (Beanspruchbarkeit bei N= 2·10 6 , R = 0,5 und P Ü = 97,7%) zugeordnet. Diese
FAT-Klasse wird in einer Bewertung den im Bauteil auftretenden Nennspannungen gegenübergestellt.
Durch die begrenzte Anzahl von Kerbfallklassen können nur solche Schweißverbindungen
bewertet werden, in denen eine Nennspannung bestimmt und die eindeutig einer Kerbfallklasse
zugeordnet werden können.
Aus dieser stark vereinfachten Bewertung wird ersichtlich, dass mit dem Nennspannungskonzept
nicht die Nahtgeometrie berücksichtigt werden kann. Diese kann jedoch einen signifikanten Einfluss
auf die Schwingfestigkeit von geschweißten Verbindungen ausüben [Ant94, Cac06, Lee09].
Hierbei sei vor allem der Einfluss des Nahtanstiegswinkel und des Nahtübergangsradius zu nennen.
Der Einfluss der lokalen Nahtgeometrie kann somit nur durch lokale Bewertungskonzepte,
wie dem Kerbspannungskonzept, berücksichtigt werden.
Mit dem Kerbspannungskonzept kann eine Bewertung von Nahtübergangs- und Nahtwurzelversagen
unabhängig von der Komplexität der Verbindungsgeometrie vorgenommen werden. Hierfür
werden die versagensrelevanten Schweißnahtkerben durch einen Referenzradius ausgerundet
und linear-elastische Kerbspannung in diesem Radius berechnet. Für Grobbleche wurde von
Radaj [Rad90] der Referenzradius von r ref = 1mm eingeführt. Dieser kann theoretisch durch die
Mikrostützwirkung [Neu68] an scharfen Kerben hergeleitet werden: Nach Neuber ist nicht die