Seeschiffe werden im Betrieb den unterschiedlichsten Beanspruchungen ausgesetzt. Bei den meisten Belastungen handelt es sich um zyklische Lasten mit variabler Spannungsschwingbreite und einer hohen Gesamtzahl von Spannungsszyklen. Zur Erhöhung des Nutzlastanteils am Gesamtgewicht werden Stähle höherer Festigkeit in den tragenden Schiffsverband eingesetzt. Da die Betriebsfestigkeit geschweißter Stahlkonstruktionen weitgehend von den statischen Festigkeitswerten des Werkstoffes unabhängig sind, kommt dem Nachweis ausreichender Betriebsfestigkeit eine besondere Bedeutung zu. Bauteilversuche helfen bei der Absicherung der eingesetzten rechnerischen Bemessungsmodelle. Bei der Entwicklung entsprechender Konzepte wurden typische Bauteil-Konstruktionen als Modelle ausgesucht. Gesichtspunkte für die Auswahl waren universelle Verwendung auf vielen Schiffstypen, große Auswahl pro Schiff sowie hohes Potential für Verbesserungen durch Optimieren der Konstruktion, Anordnen zusätzlicher Bauteile oder verbesserte Herstellverfahren. Unter diesen Gesichtspunkten wurde u.a. die 'Rahmenecke mit Knieblech' als Versuchsobjekt ausgesucht. Im Beitrag werden hierzu die Konstruktion und Herstellung der Prüfkörper sowie die Vorbereitung und Durchführung der Versuche beschrieben. Am gezeigten Beispiel wurde zur Spannungsanalyse die Finite-Elemente-Methode und ein sog. Strukturspannungskonzept angewandt, bei dem der an bestimmten Stützstellen berechnete Spannungsverlauf auf die anrißkritische Stelle extrapoliert wird. Im Versuch traten nach wesentlich kürzerer Zeit als geplant, erste Anrisse am Ende des Knieblechs ('hot spot') auf, und zwar nicht, wie angenommen, im Übergang zwischen Schweißnaht und Blech (Blechbruch) sondern in der Schweißnaht selbst (Nahtbruch). Eine nochmalige verfeinerte und durch zusätzliche Dehnungsmessungen unterstützte Spannungsanalyse deckte die Ursache für das Anrißverhalten auf. Durch den Ersatz der üblichen Kehlnahtverbindung durch eine durchgeschweißte K-Naht konnte das Problem gelöst werden.
Bauteilversuche zum Nachweis der Betriebsfestigkeit schiffbaulicher Konstruktionen
Fatigue strength of ship structures by means of component testing
1999
6 Seiten, 5 Bilder, 5 Quellen
Aufsatz (Konferenz)
Deutsch
Physikalisch nichtlineare Festigkeitsanalyse schiffbaulicher Konstruktionen (Teil 3)
Tema Archiv | 1991
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