Entwicklung von Grundlagen für einen Festigkeitsnachweis für Feinblech-Überlappverbindungen nach lokalem Kerbspannungskonzept

Rechnerischer Festigkeitsnachweis für lasergeschweißte Steppnahtgeometrien

Masterarbeit , 2009 , 70 Seiten , Note: 1.0

Ingenieurwissenschaften - Maschinenbau

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung von lasergeschweißten Nahtformen, die seit einigen Jahren mit den Möglichkeiten der Remotelaserstrahlschweißtechnik herstellbar sind. Grundidee dabei ist das Auskoppeln der Nahtstart- und -endpunkte aus dem Kraftübertragungsbereich, da diese Gebiete bei geraden Nähten zum einen die höchsten Beanspruchungen beinhalten und zum anderen als Unstetigkeitsstellen beim Laserstrahlschweißen Schwachpunkte darstellen.
Die Aufgabe besteht darin, geeignete Nahtformen zu finden und zu bewerten, welche mit dem Auskoppeln von Start- und Endpunkt aus dem Bereich hoher Beanspruchung eine gleichmäßigere Lastverteilung über die ganze Naht realisieren. Der Schwerpunkt der Untersuchung liegt bei der anwenderrelevanten zyklusartigen Beanspruchung, da hierbei von einer möglicherweise verminderten Kerbempfindlichkeit der Nahtenden ausgegangen werden kann.
Ziel ist eine Bewertung der einzelnen Nahtformen bezüglich der heute üblichen geraden Steppnaht, sowie das Aufzeigen von Vorteilen und Schwächen des neuen Verfahrens.

Inhaltsverzeichnis

• Inhaltsverzeichnis
• Abbildungsverzeichnis
• Tabellenverzeichnis
• Einleitung
• Allgemeiner Kenntnisstand
  • Kurzüberblick Ermüdungsfestigkeitsnachweise
    • Ermüdungsfestigkeit, Wöhlerversuch
    • Einflussgrößen auf das Ermüdungsverhalten
    • Mittelspannungseinfluss
    • Mehrachsige Beanspruchungen
  • Lokale Berechnungskonzepte für die Bauteildimensionierung
    • Festigkeitsnachweis mit örtliche Strukturspannungskonzepte
    • Kerbspannungskonzepte
  • Stand der Forschung, Kerbspannungskonzepte für Laserschweißverbindungen
    • Stand der Forschung
    • Wesentlicher Forschungsbedarf
  • Thermoelastische Spannungsanalyse zur Lebensdauerprognose
• Experimentelle Untersuchung der Lasernahtformen
  • Rechnerische Voruntersuchungen zur Nahtformoptimierung
  • Ziele der Untersuchungen
  • Auswahl der Schweißnahtgeometrien
  • Auswahl des Grundwerkstoffes
  • Probenform der Scherzugprobe
  • Schweißnahtzustand, Härte und Gefügeeigenschaften
  • Statische Festigkeitskennwerte
  • Dynamische Kennwerte, Wöhlerdiagramme und Dauerfestigkeiten
  • Experimentelle thermische Spannungsanalyse
    • Bewertung des Ermüdungsvorganges
    • Bewertung des Ermüdungsverhaltens der verschiedenen Nahtformen
    • Bewertung des Ermüdungsverhaltens in Abhängigkeit vom Lasthorizont
    • Zusammenfassung
  • Rechnerische Ermittlung der Dauerfestigkeiten
• Abschlussarbeit „Kerbspannungskonzept"
  • Ziele der Untersuchungen
  • Diskretisierung und Modellierung
  • Bewertung des globalen Spannungszustandes
  • Abschätzung der Dauerfestigkeiten nach dem Kerbspannungskonzept
  • Vergleich der rechnerisch und experimentell ermittelten Dauerfestigkeitskennwerte
  • Kerbspannungskonzept unter Berücksichtigung plastischer Kennwerte
  • Zusammenfassung
  • Lastrichtungsabhängigkeit der ermittelten Kerbspannungen
  • Spaltmaẞabhängigkeit der rechnerisch ermittelten Kerbspannungen
  • Blechdickenabhängigkeit der ermittelte Kerbspannungen
• Zusammenfassung
• Literaturverzeichnis

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Entwicklung von Grundlagen für einen Festigkeitsnachweis für Feinblech-Überlappverbindungen nach lokalem Kerbspannungskonzept. Ziel ist es, ein rechnerisches Verfahren zu entwickeln, das die Ermüdungsfestigkeit von lasergeschweißten Steppnahtgeometrien präzise vorhersagen kann. Die Arbeit konzentriert sich auf die Anwendung des Kerbspannungskonzeptes, um die lokalen Spannungsverhältnisse im Bereich der Schweißnaht zu analysieren und die Dauerfestigkeit der Verbindung zu bestimmen.

• Entwicklung eines rechnerischen Verfahrens zur Bestimmung der Ermüdungsfestigkeit von lasergeschweißten Steppnahtgeometrien
• Anwendung des Kerbspannungskonzeptes zur Analyse der lokalen Spannungsverhältnisse im Nahtbereich
• Ermittlung der Dauerfestigkeit von Feinblech-Überlappverbindungen unter Berücksichtigung der Kerbspannungen
• Vergleich der rechnerischen Ergebnisse mit experimentellen Daten
• Bewertung des Einflusses von geometrischen Parametern und Materialeigenschaften auf die Ermüdungsfestigkeit

Zusammenfassung der Kapitel

Die Arbeit beginnt mit einem Überblick über den allgemeinen Kenntnisstand im Bereich der Ermüdungsfestigkeitsnachweise. Es werden verschiedene Konzepte zur Berechnung der Ermüdungsfestigkeit vorgestellt, darunter das Wöhlerversuch, der Einfluss von Mittelspannung und mehrachsiger Beanspruchung sowie lokale Berechnungskonzepte wie die Strukturspannungsanalyse und das Kerbspannungskonzept.

Im Anschluss wird der Stand der Forschung im Bereich der Kerbspannungskonzepte für Laserschweißverbindungen beleuchtet. Es werden die Herausforderungen und der Forschungsbedarf in diesem Bereich aufgezeigt.

Kapitel 3 beschreibt die experimentelle Untersuchung von verschiedenen Lasernahtformen. Es werden die verwendeten Materialien, die Probenform, die Schweißnahtgeometrie und die statischen sowie dynamischen Festigkeitskennwerte vorgestellt. Die Ergebnisse der experimentellen thermischen Spannungsanalyse werden präsentiert und die Bewertung des Ermüdungsverhaltens der verschiedenen Nahtformen erfolgt.

In Kapitel 4 wird die rechnerische Ermittlung der Dauerfestigkeiten anhand des Kerbspannungskonzeptes durchgeführt. Die Diskretisierung und Modellierung des FE-Modells werden erläutert, der globale Spannungszustand bewertet und die Dauerfestigkeiten nach dem Kerbspannungskonzept abgeschätzt. Es erfolgt ein Vergleich der rechnerischen und experimentellen Ergebnisse.

Die Arbeit endet mit einer Zusammenfassung der wichtigsten Ergebnisse und Schlussfolgerungen.

Schlüsselwörter

Die Schlüsselwörter und Schwerpunktthemen des Textes umfassen die Ermüdungsfestigkeit, Feinblech-Überlappverbindungen, Laserschweißverbindungen, Steppnahtgeometrien, Kerbspannungskonzept, lokale Spannungsanalyse, Dauerfestigkeit, FE-Modellierung, experimentelle Untersuchung, thermische Spannungsanalyse, Lebensdauerprognose.

• Hochschule: Hochschule Mittweida (FH)
• Note: 1.0
• Autor: MSc, Dipl Ing (fh) Tino Kühn (Autor:in)
• Erscheinungsjahr: 2009
• Seiten: 70
• Katalognummer: V128987
• ISBN (eBook): 9783640845620
• ISBN (Buch): 9783640845552
• Sprache: Deutsch
• Schlagworte: entwicklung, grundlagen, festigkeitsnachweis, feinblech-überlappverbindungen, kerbspannungskonzept, rechnerischer, festigkeitsnachweis, steppnahtgeometrien