Materials Testing Volume 48 Issue 7-8

Materials Testing

Volume 48 Issue 7-8

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Journal Overview

Lokale Konzepte zur betriebsfesten Auslegung von Naht- und Punktschweißverbindungen*

Cetin Morris Sonsino, Dieter Radaj, Wolfgang Fricke May 28, 2013

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Abstract

Kurzfassung Es werden neuere Varianten von Strukturbeanspruchungs-, Kerbbeanspruchungs- und Bruchmechanikkonzepten erörtert. Die zuerst beschriebenen zwei neueren Strukturspannungskonzepte basieren auf einer Linearisierung der Spannungen über die Blechdicke oder über die erwartete Risstiefe bzw. auf der Ermittlung einer lokalen Spannung 1 mm unterhalb der Nahtübergangskerbe. Die gefundenen Strukturspannungen werden mit entsprechenden Wöhlerlinien bewertet. Ein weiteres Strukturspannungskonzept für Feinblechverbindungen mit von der Beanspruchungsart abhängigen (Zug oder Biegung) Wöhlerlinien wird ebenfalls erörtert. Bei den Kerbbeanspruchungskonzepten werden das Kerbspannungskonzept der fiktiven Kerbrundung für Aluminium-Schweißverbindungen mit Blechdicken ab ca. 5 mm mit dem fiktiven Rundradius ρ f = 1 mm und ein Konzept für laserstrahl- und punktgeschweißte Feinblechverbindungen mit dem Ersatzradius ρ = 0,05 mm präsentiert. Ein weiteres Kerbbeanspruchungskonzept, das auf den elastisch-plastischen Kerbdehnungen basiert, lieferte bei Punktschweißverbindungen ermutigende Ergebnisse. Die anschließend dargestellten zwei Bruchmechanikkonzepte für Punkt- bzw. Nahtschweißverbindungen ermöglichen eine realitätsnähere Erfassung der lokalen Verhältnisse verbunden mit einer Reduzierung der Streuung entsprechend ausgewerteter Versuchsdaten und damit eine genauere Festigkeitsprognose im Vergleich zu Struktur- bzw. Nennspannungskonzepten. Für die Lebensdauerabschätzung wird die Schadenssumme D = 0,5 und für die Bewertung mehrachsiger Spannungszustände die Gough-Pollard-Ellipse mit lastfall- und werkstoffabhängigen Schadenssummen empfohlen, die gleichermaßen auf die Nenn-, Struktur- und Kerbgrundkonzepte angewendet werden können.

Optimierung der Schweißnahtlänge mit Hilfe der Lebensdauerberechnung*

Hans Eiglsperger, Sébastien Chéreau, Christoph Fagschlunger, Boris Lauber May 28, 2013

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Abstract

Kurzfassung Schweißnähte stellen bei Schweißkonstruktionen hinsichtlich der Schwingfestigkeit häufig den kritischsten Bauteilbereich dar. Lage und Form der Schweißnaht sind dabei die entscheidenden Größen. Im vorliegenden Bericht soll am Beispiel eines Vorderachsträgers gezeigt werden, wie die Bestimmung dieser Parameter unter Verwendung des Optimierers Optimus erfolgen kann. Ziel ist hierbei, eine möglichst geringe Schädigung im Bereich der Schweißnaht zu erhalten. Dazu werden mit Hilfe eines Morphers FE-Modelle mit verschiedenen Schweißnahtgeometrien erzeugt und bezüglich ihrer Schwingfestigkeit bewertet. Ein auf Basis dieser Ergebnisse aufgebautes Ersatzmodell wird zur Berechnung der optimalen Schweißnahtparameter verwendet. Die Ergebnisse zeigen eine gute Übereinstimmung mit der Serienkonstruktion und bestätigen das hohe Potenzial der vorgestellten Methode.

Lebensdauerbewertung hochfester Hybridschweißverbindungen unter Schwingbeanspruchung*

Michael Vormwald, Robert Schliebner May 28, 2013

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Kurzfassung Ein geschweißter Hybrid-Hängeranschluss von Stabbogenbrücken wurde hinsichtlich seiner Schwingfestigkeit experimentell untersucht. Auf der Grundlage dieser Untersuchungen und numerischer Analysen wurden Wöhlerlinien und FAT-Klassen für das Nennspannungs-, das Strukturspannungskonzept und das Konzept der örtlich elastischen Spannungen ermittelt. Aufgrund der Nachbearbeitung des Details resultieren dabei höhere FAT-Klassen als für herkömmliche Schweißverbindungen. Durch den Vergleich der Versuchsergebnisse kann gezeigt werden, dass die Kerbfallklassen des S355 M auch auf die Hybridschweißverbindung aus S355 M mit S460 M übertragbar sind.

Ein Kerbspannungskonzept für die schwingfeste Bemessung von Aluminium-Schweißnähten*

Genbao Zhang, Cetin Morris Sonsino May 28, 2013

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Abstract

Kurzfassung Die schwingfeste Bemessung von geschweißten Bauteilen aus Aluminium, die aufgrund der nachteiligen Gefügeveränderung in der Schweißzone sowie der durch die Nahtform verursachten Kerbe häufig schwingbruchkritische Stellen darstellen, gewinnt durch den verstärkten Einsatz der Aluminiumbauteile sowohl in der Schienenfahrzeugals auch in der PKW-Industrie immer mehr an Bedeutung. Während das auf dem Ersatzradius von 1 mm basierende Kerbspannungskonzept für dickwandige Strukturen aus Stählen auch auf Aluminium übertragen werden kann, wird immer noch ein schlüssiges Berechnungsverfahren für Feinbleche (t ≤ 3 mm) gesucht, die überwiegend im Karosseriebau eingesetzt werden. Im vorliegenden Beitrag wird ein auf Bruchmechanik basierendes Kerbspannungskonzept für Aluminiumlegierungen vorgestellt, das in der jüngsten Zeit für rissähnliche Überlapp-, Kehl-, HY-, DV-Nähte etc. entwickelt und bislang schon erfolgreich auf Stähle angewandt wurde. Da der gewählte Kerbradius klein ist, ist das Konzept sowohl auf dickwandige als auch auf dünnwandige Strukturen anwendbar.

Werkstoff- und Fertigungseinfluss auf die Schwingfestigkeit geschweißter Omnibusstrukturteile*

Georgios Savaidis, Wilhelm Bauer, Michael Bayer, Manfred Streicher May 28, 2013

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Kurzfassung An dünnwandigen, geschweißten Vierkant-Hohlprofilen wurden experimentelle Untersuchungen durchgeführt, um Werkstoff- und Fertigungseinflüsse auf die Lebensdauer von versagenskritischen Schweißverbindungen zu erfassen. Werkstoff- und Schweißparameter wurden variiert. Für jede Variante wurden Lebensdauern unter rein wechselnder Biegebelastung ermittelt. Die Versuchswerte wurden statistisch ausgewertet, so dass Wöhlerlinien für diese Kehlnaht und für diverse Überlebenswahrscheinlichkeiten zur Verfügung stehen. Die Ergebnisse deuten auf einen Einfluss des Schweißprozesses auf die Lebensdauer hin. Die Wahl der hier in Frage kommenden mittelfesten Baustähle scheint von untergeordneter Bedeutung zu sein. Die Streuung der Lebensdauer liegt im Rahmen üblicher Werte aus der Literatur.

Simulations of fatigue crack propagation in friction stir welds under flight loading conditions*

Tommaso Ghidini, Claudia Polese, Agostino Lanciotti, Claudio Dalle Donne May 28, 2013

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Since Friction Stir Welding has been identified as a key technology for primary aerospace structures, fatigue crack growth testing and modelling is required. However, there is still a complete lack of information regarding the fatigue crack propagation in friction stir welds under variable amplitude loading and flight loading conditions. Experimental investigations have been performed on centre cracked 4 mm thick AA2024-T3 base metal and FSW specimens: regarding the FSW samples, the crack was placed 5 mm out of the weld centre, in the most critical part of the joint: the coupons have been tested under simple variable amplitude load sequences, and under a standardized flight-simulation load history, Falstaff. The fatigue crack propagation was then predicted using widespread aerospace fracture mechanics software packages. Interaction effects and internal residual stresses were firstly separately simulated and than combined in order to evaluate the ability to predict the fatigue crack propagation on FSW welded structures under service loading conditions.

Nietverbindungen für höchste Drehmomentbelastungen am Beispiel einer Nutzfahrzeug-Schaltkupplung*

Martin Dettmar May 28, 2013

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Kurzfassung Durch steigende Anforderungen an moderne Antriebsstränge rücken zunehmend auch scheinbar triviale Bauelemente wie Nietverbindungen in den Fokus von Betriebsfestigkeitsbetrachtungen. Am Beispiel einer Nutzfahrzeug-Schaltkupplung wird dies exemplarisch vorgestellt. Nach der Erfassung der realen Bauteilbelastung wird über Nachfahrversuche am Prüfstand die Leistungsgrenze der Nietverbindung ermittelt. Unter Anwendung der statistischen Versuchsplanung wurden die Randbedingungen der Nietverbindung derart optimiert, dass die Beanspruchbarkeit erheblich gesteigert werden konnte. Die ermittelten Parameter flossen dann in die Serienproduktion der Bauteile ein und tragen nun unmittelbar zur Steigerung der Zuverlässigkeit des Gesamtsystems bei.

Werkstoffdatenbank mit Schwingfestigkeitsdaten für Berechnung und Konstruktion*

Gottfried Geißler May 28, 2013

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Kurzfassung Produktentwicklungen in immer kürzeren Zeiten und bei höchster Qualität zu realisieren, löst bei den Herstellern einen steigenden Zeit- und Kostendruck aus. Unter diesen Voraussetzungen nehmen FEM- und Simulationsrechnungen zur Absicherung der beanspruchungsgerechten Bauteilgestaltung und -dimensionierung eine dominante Stellung ein. Als Eingangsgrößen sind reproduzierbare, zuverlässige Daten und Informationen für das Festigkeitsverhalten bei schwingender Beanspruchung, deren schnelle Verfügbarkeit und einheitliche Darstellung erforderlich. Der Beitrag stellt, ausgehend von den praxisrelevanten Anforderungen an die Lebensdauervorhersage und der Rolle der Schwingfestigkeit, eine komplexe Werkstoffdatenbank mit einem Modul Schwingfestigkeitsverhalten vor.

Virtuelle Bewertung von Fügestellen im Karosseriebau*

Wolfram Lieven, Alexander Schick, Ralph Stenger, Farhad Yousefi-Hashtyani May 28, 2013

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Kurzfassung Entscheidend für die rechnerische Auslegung der Betriebsfestigkeit von Pkw-Karosserien und Anbauteilen ist der Einsatz von leistungsfähigen Methoden zur Simulation der Fügestellen. Insbesondere die virtuelle Simulation der Schweiß- und Klebenähte bzw. der Schweiß- und Clinchpunkte einer Pkw-Karosserie ist wesentliche Voraussetzung für eine spätere fehlerfreie Hardwarevalidierung des Fahrzeugs. Im Mittelpunkt dieses Beitrags steht die Modellierung und Lebensdauerabschätzung von Schweißpunkten in Gesamtfahrzeugberechnungen bei der Überfahrt des virtuellen Prüffeldes sowie in virtuellen Komponententests, z.B. Türzuschlagversuchen. Anhand der Variation von Modellierungstechniken und Vergleichen mit Ergebnissen aus Hardwareversuchen wird deren Eignung auf die Vorhersagegenauigkeit überprüft.

Schweißnaht oder Schweißpunkt? Das ist hier die Frage!*

Armin Lepold, Torsten Kroschwald, Ulf Rathjen May 28, 2013

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Kurzfassung Dieser Vortrag setzt sich mit der Problematik der Lebensdauerberechnung von Schweißverbindungen auseinander. Die Mehrzahl aller Risse im Fahrwerk treten im Einflussbereich von Schweißungen auf. Am Beispiel des Ausfalls eines Dämpferrohrs soll aufgezeigt werden, was in diesem Fall die bessere Alternative darstellt: Punktschweißen oder Schweißnaht? Dabei wird die Lebensdaueranalyse sowohl herkömmlich, statisch auf Komponentenebene, als auch mit einem neuen Ansatz, dynamisch auf Systemebene, durchgeführt.

Vorschau

May 28, 2013

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Materials Testing is a SCI-listed English language journal dealing with all aspects of material and component testing with a special focus on transfer between laboratory research into industrial application. The journal provides first-hand information on non-destructive, destructive, optical, physical and chemical test procedures. It contains exclusive articles which are peer-reviewed applying respectively high international quality criterions.
All articles are subject to thorough, independent peer review.

Editing Associations: DGZfP, DVM and VDI Materials Engineering.