Untersucht wurden die Möglichkeiten einer rechnerischen Vorhersage von Schweißschrumpfungen im Stahlschiffbau hinsichtlich der Genaufertigung. Es waren einfache Rechenmodelle zu entwickeln, die eine praktische Anwendung von Schweißverzugsberechnungen für dünnwandige Strukturen ermöglichen. Bei der Simulation von Schweißschrumpfungen können die Berechnungen von Temperatur- und Spannungsfeld entkoppelt werden. Die transiente Temperaturfeldberechnung gemäß der klassischen Grundgleichung der Wärmeleitung erfolgt an der unverformten Struktur. Dabei wird die Temperaturabhängigkeit der Werkstoffkennwerte berücksichtigt. Das instationäre Temperaturfeld bildet über die zugehörige Wärmedehnung die Basis für die Spannungsanalyse. Bei der Entstehung des Schweißverzuges unterscheidet man zwischen Längs-, Quer- und Winkelschrumpfung. Die Längs- und Querschrumpfung bilden sich nach dem Mechanismus 'zu kurze' bzw. 'zu schmale' Naht aus. Die Winkelschrumpfung äußert sich in einer Winkeländerung zwischen den verschweißten Platten und Profilen. Die Versuchsergebnisse belegen, dass die Winkelschrumpfung der Kehlnähte bei extrem dünnwandigen Strukturen einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Verformung des Gesamtbauteils hat. Es soll daher auf die rechnerische Erfassung der Winkelschrumpfung verzichtet werden. Dies ermöglicht eine Finite-Elemente-Modellierung mit ebenen Scheiben- oder Schalenelementen. Für die Erfassung der Längs- und Querschrumpfung sind unterschiedliche Anforderungen an ein Rechenmodell zu stellen. Die Querschrumpfung wird maßgeblich durch die Bewegung der Schweißwärmequelle verursacht. Bei einer rechnerischen Erfassung muss die Wärmequellenbewegung daher unbedingt berücksichtigt werden. Die Querstauchung des Nahtbereiches wird weiterhin von großen Dehnungen begleitet. Im Rechenmodell sollten daher sowohl die Werkstoffverfestigung als auch die Auswirkungen von großen Dehnungen berücksichtigt werden. Die ausschließliche Bestimmung der Längsschrumpfung kann demnach mit einer vergleichsweise einfachen Analyse erfolgen. Eine überragende Bedeutung kommt der genauen Bestimmung des Wärmewirkungsgrades des angewandten Schweißverfahrens zu.
Berechnung des Schweißverzuges dünnwandiger Decksektionen aus Schiffbaustahl
Schriftenreihe Schiffbau ; 599 ; 1-188
1999
188 Seiten, 104 Bilder, 20 Tabellen, 116 Quellen
Hochschulschrift
Deutsch
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