FWF - ULCF - welded - ULCF geschweißter Verbindungen unter variablen multi-axialen Dehnungen

  • Unterweger, Harald (Teilnehmer (Co-Investigator))
  • Taras, Andreas, (Projektleiter (Principal Investigator))

Projekt: Foschungsprojekt

Projektdetails

Beschreibung

Das Phänomen der Ultrakurzzeitermüdung (Engl.: Ultra Low Cycle Fatigue - ULCF) geschweißter Verbindungen
unter multi-axialer Dehnungen variabler Amplitude ist komplex und nicht vollständig wissenschaftlich erfasst.
Dieses Phänomen ist besonders bedeutend bei sicherheits- und umweltrelevanten Strukturen (Erdöltanks,.
Mastkonstruktionen für Windkraftanlagen, Öl- und Gasleitungen, Druckbehälter), die außergewöhnlichen
Lastszenarien - wie Erdbeben und extremen Windböen - ausgesetzt sind. Im Falle oberirdischer Tankbauwerke
können starke Erdbeben ein Abheben des (unverankerten) Behältermantels vom Untergrund verursachen. Dieses
Verhalten führt zur Entwicklung großer plastischer Dehnungen im Bereich der Verbindung zwischen Bodenblech
und Behälterwand, wobei diese Dehnungen mit sehr variabler und stochastisch verteilter Amplitude erfolgen. Durch
ULCF verursachte Rissausbildung und Bruch wurde weiters bei zylindrischen Bauteilen wie Pipelines,
Mastkonstruktionen und kreisrunden Brückenpfeilern beobachtet. Es liegt sehr wenig Information bezüglich der
ULCF Antwort geschweißter Komponenten unter multi-axialer Beanspruchung vor. Bestätigtes, konsolidiertes
Wissen und neue ingenieurmäßige Bemessungsmodelle würden eine Steigerung der Sicherheit der erwähnten
Strukturen unter außergewöhnlichen Lastszenarien verursachen, welche hohe zyklische und multi-axiale
Dehnungsausschläge hervorrufen.
Zielsetzung
Die Zielsetzung des beantragten Projekts kann wie folgt aufgelistet werden:
Entwicklung eines tieferen Verständnisses des ULCF-Verhaltens geschweißter Verbindungen unter multiaxialer
Beanspruchung.
Untersuchung der realistischen zeitlichen Deformationsentwicklung in typischen, sicherheitsrelevanten
geschweißten Verbindungen unter seismischen und anderen außergewöhnlichen Lastszenarien, die zu ULCF
führen können.
Entwicklung einer Ingenieurmodells, welches die Rissinitiierung und Ausbreitung in geschweißten
Verbindungen bei ULCF abbilden kann, mit einem Fokus auf konventionellen sowie hochfesten Stahlgüten.
Entwicklung eines Schadensindexes und -kriteriums für das ULCF Versagen geschweißter Verbindungen.
Anwendung des Schadenskriteriums zur Vorhersage der ULCF-Tragfähigkeit von Komponenten unter
kombinierter Schub- und Normaldehnungen.
Anwendung der Infrarot-Thermographie zur detaillierten Untersuchung der Ausbreitung plastischer
Dehnungen in geschweißten Verbindungen unter ULCF-Bedingungen.
Vorgeschlagenes Forschungsvorhaben
Die geplante Forschung besteht aus experimentellen und numerischen Untersuchungen des ULCF (d.h. 10 oder
weniger Lastwechsel) Verhaltens zweier verschiedener geschweißter Bauteilkonfigurationen, welche multi-axialen
Dehnungen ausgesetzt werden. Die Versuche werden unter konstanter sowie variabler Dehnungs-Zeitabläufen
durchgeführt. Die erste Versuchskonfiguration, eine geschweißte T-Verbindung zwischen Wand- und Bodenblech
in Behältern, wird in verschiedenen Dicken und Stahlgüten untersucht, um den Einfluss von mittleren Dehnungen,
Blechdicke und Stahlgüte auf die ULCF-beanspruchbarkeit festzustellen. Die zweite Konfiguration, eine
Verbindung zwischen Rohr und Blech, wird zur Untersuchung des Verhaltens unter kombinierten Schub- und
Normaldehnungen herangezogen, sowie wiederum der Stahlgüte. Diese Konfigurationen werden unterschiedlichen
multi-axialen Dehnungssequenzen ausgesetzt. Insgesamt werden über 150 Versuche für die beiden
Konfigurationen durchgeführt, wodurch eine Datenbank zur Validierung von Ingenieurmodellen zur
Schadensentwicklung bei ULCF entstehen wird. Unterschiedliche lokale Kontinuums-basierte
Hohlraumentwicklungs- sowie Schadensausbreitungsmodelle werden angewandt und verglichen. Detaillierte nichtlineare
Finite-Elemente Untersuchungen (FEA) auf Struktur- und Konstruktionsdetailebene werden angewandt. Die
Lage, Entwicklung und Ausbreitung plastischer Zonen während der Rissentwicklung und Rissausbreitung wird
mittels thermographischer Infrarot-basierter (IR) Bildgebungsverfahren untersucht und mit den detaillierten
numerischen Berechnungen verglichen.
StatusAbschlussdatum
Tatsächlicher Beginn/ -es Ende1/11/1230/06/16