Zur Verkürzung der Entwicklungsschleifen und unter dem Kostendruck im Automobilbau gewinnen numerische Simulationen zur Auslegung und Absicherung der Betriebsfestigkeit schwingend belasteter Bauteile zunehmend an Bedeutung. Für die Lebensdauerberechnung stehen eine Reihe kommerzieller Softwareprogramme zur Verfügung. Die Automobilhersteller AUDI AG, BMW Group, Daimler AG, Porsche AG und die Volkswagen AG haben in Zusammenarbeit mit Softwareherstellern einen Benchmark zur Darstellung der Leistungsfähigkeit der heutigen Software und die Unterstützung des Berechnungsprozesses hinsichtlich der Lebensdauersimulation von MIG/MAG Schweißnähten durchgeführt. Der Benchmark wurde an vier Bauteilen durchgeführt: ein Verbindungsteil eines Längsträgers, einem Hinterachsträger, einer Hinterachsgetriebelagerkonsole und einem Längslenker. Bei allen Beispielen ergibt sich ein sehr heterogenes Bild der abgeschätzten Lebensdauerwerte und Neigungen der Wöhlerlinien. Die Ergebnisqualität schwankt von Programm zu Programm und von Bauteil zu Bauteil deutlich. FEMSITE Standard liefert bei allen Bauteilen tendenziell zu hohe Lebensdauer. Jedoch ist dessen Treffsicherheit insgesamt mit relativ gut (max. Abweichung Faktor 5). Eine ähnliche Treffsicherheit liefert auch Virtual.Lab Durability. Auffallend ist, dass nahezu alle Berechnungsergebnisse beim Längsträger konservativ und beim Hinterachsträger auf der unsicheren Seite liegen, während die Tendenzen bei den anderen Bauteilen uneinheitlich sind. Die größte Abweichung mit einem Faktor von ca. 0,02 zwischen Berechnung und Versuch liegt bei der Superweld de Bruyne für das Bauteil Hinterachsgetriebelagerkonsole vor, wo der Schaden an einem Nahtende in dem Nahtübergang detektiert wurde. Es ist hervorzuheben, dass diese Methode die gleiche Bemessungswöhlerlinie sowohl für Wurzelkerbe als auch Nahtenden und Nahtübergänge verwendet, während es bekannt ist, dass die Beanspruchbarkeit an Nahtenden und Nahtübergängen bei Verwendung gleicher Kerbradien höher liegt. Dies erklärt teils diese große Abweichung. Weniger verständlich in diesem Zusammenhang sind allerdings die unsicheren Ergebnisse der Methoden Virtual.Lab Durability und Superweld de Bruyne für das Bauteil Hinterachsträger mit dem Schaden in einem Nahtübergang. Diese beiden Methoden verwenden ähnliche Vorgehensweisen (Kerbspannungskonzept, gleiche Bemessungswöhlerlinien für Wurzelkerbe, Nahtenden und Nahtübergänge). Eigentlich würde man auch hier konservative Berechnungsergebnisse erwarten. Die teils erheblich abweichenden Ergebnisse mit der selben Software (und Methode) beim Hinterachsträger und bei der Hinterachsgetriebelagerkonsole machen deutlich, wie groß die Bedeutung der Berechnungsparameter, gleich bedeutend mit den Detailkenntnissen und Erfahrungen des Berechners, für die Berechnungsergebnisse sind. Schliffbilder wurden nur für die Bauteile Hinterachsträger und Längslenker angefertigt, so dass nur für diese beiden Bauteile die exakten Nahtgeometrien und Risslagen bekannt sind. Bei den anderen beiden Bauteilen liegen keine Schliffbilder vor, weil die Versuche schon einige Zeit zurücklagen. Daher sind auch keine absolut sicheren Aussagen über die Nahtgeometrien und Risslagen möglich. Gerade die Nahtgeometrien beeinflussen als wichtiger Parameter die Berechnungsergebnisse entscheidend. Der Benchmark hat gezeigt, dass die Angaben des Nahttyps und der Nahtgeometrien bei den Berechnungen aufgrund der mangelnden Kenntnis z.B. durch fehlende Schliffbilder mit großer Unsicherheit behaftet sind. Auch die Zuordnung der Risslagen (Nahtwurzel, Nahtübergänge etc.) ist häufig ohne Schliffbilder unzutreffend. Als eine der wichtigsten Erkenntnisse des Benchmarks kann jedoch angesehen werden, dass in den meisten Fällen die Detektierung des Schadensortes und der Schadensreihenfolge korrekt erfolgte. Dies ist für die qualitative Bewertung der Bauteilbeanspruchung sehr wichtig. Relativaussagen sind dadurch möglich. Das Beispiel Hinterachsgetriebelagerkonsole hat gezeigt, dass methodisch dringender Handlungsbedarf für die Bewertung von Schweißnahtenden und Nahtübergängen besteht, da die Kerbspannungskonzepte differenzierte Bemessungswöhlinien für die Wurzelkerben, Schweißnahtenden und Nahtübergängen bei gleichen Kerbradien benötigen, die in den hier eingesetzten Programmen teils aufgrund fehlender Forschungsergebnisse bislang nicht berücksichtigt wurden. Die Erfahrungen aus dem Benmark wurden festgehalten und entsprechende Empfehlungen abgeleitet.
Vergleich der Berechnungsmethoden für die Lebensdauerabschätzung MIG-/MAG-geschweißter Bauteile in kommerzieller Software
2009
11 Seiten, 10 Bilder, 3 Tabellen, 14 Quellen
Conference paper
German
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