Ermüdungsnachweis für Schweißnähte in Behältern – Bestimmung von Strukturspannungen

Abstract

Vorschriften für den Ermüdungsnachweis, wie sie in Normen und Regelwerken festgelegt sind, legen Vorgangsweisen für die Bestimmung der zulässigen Lastzyklen fest. In diesem Zusammenhang werden bei der Ermüdungsanalyse nach EN 13445-3 Abschnitt 18 in den Auslegungskurven Strukturspannungen verwendet. Diese Strukturspannungen müssen für den analysierten Bauteil bestimmt werden. Leider hängen die Ergebnisse der Analyse stark von der Methode ab, die zur Bestimmung der Strukturspannungen verwendet wird. Zusätzlich wurden in einem neueren Entwurf der Norm die erlaubten Methoden zur Bestimmung der Strukturspannungen wesentlich erweitert. Ziel dieser Arbeit ist es anhand von Beispielen verschiedene Varianten der Bestimmung von Strukturspannungen zu testen und die Variationsbreite der Ergebnisse zu ermitteln. Als gut geeignetes Verfahren erweist sich ein Extrapolationsverfahren an einem Modell mit einem 2mm verrundeten Schweißnahtübergang. Eine Methode zur Bestimmung der Strukturspannungen durch direkte Spannungsauswertung in einer Entfernung von 2mm zur modellierten Schweißnaht liefert keine zufriedenstellenden Ergebnisse. Die Modelle in dieser Abhandlung wurden mit ANSYS® Academic Student, Release 19.0 angefertigt.

Requirements for fatigue analysis, as defined in standards and regulations, specify procedures for determining the permissible load cycles. In this context, in the fatigue analysis according to EN 13445-3 part 18, structural stresses are used in the design curves. These structural stresses have to be determined for the analyzed component. Unfortunately, the results of the analysis depend highly on the method used to determine the structural stresses. In addition the allowed methods for determining the structural stresses have been significantly extended in a recent draft of the standard. The aim of this paper is to test different methods of the determination of structural stresses by examples and to determine the range of variation of the results. A suitable procedure is an extrapolation method on a model with a 2 mm rounded transition of the weldseam. A method for the determination of the structural stresses by direct stress evaluation at a distance of 2mm from the modelled weld does not provide satisfactory results. The models in this paper were made using ANSYS® Academic Student, Release 19.0.