Ziel dieses Teilprojektes ist die Untersuchung und Bewertung des Struktur (Hot-Spot)- und Kerbspannungskonzeptes für die betriebsfeste Auslegung von schutzgasgeschweißten höherfesten Stahlstrukturen geringer Blechdicke mit linienförmigen Schweißverbindungen. Gegenstand der Untersuchungen ist ein Dreiecksquerlenker aus der Vorderachse eines PKW. Als Material wird im Bereich des hinteren Lagerrohrs DD13 in der Materialstärke 3,0 mm, als hinterer Flansch ein Stahl S460MC in der Materialstärke 7,0 mm eingesetzt. Die Kehlnähte werden mittels des MAG Lichtbogenschweißverfahrens gefertigt. Als anrisskritische und letztendliche Versagensstelle hat sich die Überlappverbindung am hinteren Lagerrohr/Flansch hinten erwiesen. Anhand dieser Verbindung wurde die vereinfachende Detailprobe Überlappstoß ausgewählt, an denen Kleinprobenversuche durchgeführt werden. Es wurden für die Detail- und Bauteilproben Schwingfestigkeitsversuche mit konstanten Lastamplituden bei einem Spannungsverhältnis von R = -1 durchgeführt. Die Detailprobe Überlappstoß wurde unter Biegung zusätzlich mit R = 0 geprüft. An der Bauteilprobe Querlenker wurde ebenfalls Schwingfestigkeitsversuche mit konstanten Lastamplituden und einem Spannungsverhältnis von R = -1, des weiteren Versuche mit variablen Amplituden durchgeführt. Bei der Detailprobe Überlappstoß unter Biegung traten der Anriss und das Versagen ausschließlich im Nahtübergang auf. Bei der Detailprobe unter Zug/Druck trat der Anriss vornehmlich an der Wurzelkerbe, bei dem Querlenker ausschließlich auf. Vereinzelt kam es beim Überlappstoß unter Zug/Druck-Beanspruchung zu Versagen am Nahtübergang, was seine Ursache in einem aus der Herstellung resultierenden Winkelverzug hat. Die Versuche wurden für die Versagenskriterien technischen Anriss (definiert für einen Anriss mit einer Risstiefe von ca. 1,0 mm) und Bruch ausgewertet. Die lokale Anrisserkennung erfolgt über Dehnungsmessstreifen, die an der Schweißnaht appliziert werden. Bei dem Querlenker wurden außerdem Rissdrähte über der Schweißnaht appliziert. Mittels der FEM werden die lokalen Beanspruchungen der jeweiligen Konzepte ermittelt. Alle Proben wurden als 3D-FE-Geometrien modelliert. Die Kerbspannungen am Querlenker wurden mittels Submodelltechnik ermittelt. Die Berechnungsmodelle wurden anhand experimenteller Dehnungs- und Verformungsanalysen bezüglich der Randbedingungen validiert. Für die Detail- und Bauteilproben wurde das Kerbspannungskonzept mit den Referenzradien r(ref) = 0,05 mm und r(ref) = 0,3 mm angewendet. Die Strukturspannung im Schweißnahtquerschnitt wurde mittels Außenextrapolation ermittelt. Die Nennspannungen wurden aus den berechneten Schnittgrößen in den Versagensquerschnitten bestimmt. Die vorliegenden Schwingfestigkeitsversuche wurden anhand der berechneten Spannungen nach dem Nenn-, Struktur- und Kerbspannungskonzept bewertet und die erzielten Ergebnisse verglichen. Sämtliche Bewertungen sind für die Anrissschwingspielzahlen durchgeführt worden. Basis für die Betrachtung ist die FAT-Klasse nach der IIW-Empfehlung bei einem Spannungsverhältnis R = 0,5. Da die Versuche nicht bei diesem Grenzspannungsverhältnis gefahren wurden, sind die Bemessungswöhlerlinien entsprechend korrigiert worden. Für die Korrekturen wurden für f(R) Werte nach der IIW-Richtline sowie nach einem Vorschlag von Sonsino berücksichtigt. Die entsprechenden Bemessungswöhlerlinien aus den Richtlinien werden um diese Faktoren korrigiert. Die Bauteilprobe Querlenker wird soweit möglich mittels der in den IIW-Richtlinien vorgesehenen FAT-Klassen bewertet. Für die berechneten Kerbspannungen bei den unterschiedlichen Referenzradien von R(ref) = 0,05 mm und r(ref) = 0,3 mm, sowie den berechneten Struktur- und Nennspannungen der Proben wurde eine übergreifende Auswertung in Bezug auf das Schwingfestigkeitsverhältnis V vorgenommen.
Schutzgasgeschweißte Stahlstrukturen geringer Wanddicke aus dem Automobilbau
2009
9 Seiten, 13 Bilder, 3 Tabellen, 2 Quellen
Aufsatz (Konferenz)
Deutsch
Schutzgasschweißen , Automobilbau , Wanddicke , höherfester Stahl , Kerbspannung , Kehlnaht , Versagen , Überlappstoß , Schwingfestigkeit , Biegung , Amplitude , Zugbeanspruchung , Druckbeanspruchung , Nahtübergang , Risstiefe , Dehnungsmessstreifen , Finite-Elemente-Methode , Modellbildung , Radius , Schnittgröße , Bewertung , Schwingspiel , Wöhler-Schaubild , Empfehlung , Richtlinie , IIW (International Institute of Welding)
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