Analytischer Zulässigkeitsnachweis von Druckgeräten – Kriechdehnnachweis auf der Grundlage von Simulationen mit Kriechgesetz basierend auf Sinus hyperbolicus

Abstract

Werden Druckgeräte bei hohen Temperaturen betrieben, sind Kriechnachweise erforderlich. Die hierfür maßgebliche harmonisierte Norm für unbefeuerte Druckgeräte EN13445-3 enthält im Anhang B analytische Zulässigkeitsnachweise für den Zeitstandbereich. Diese basieren auf vereinfachten FE-Modellen und sind für komplexere Problemstellungen mit einer Kombination unterschiedlicher Werkstoffe sowie variabler Lastverläufe nur eingeschränkt praktikabel. Vor diesem Hintergrund wird in der vorliegenden Arbeit ein alternativer Kriechdehnnachweis basierend auf einem Sinus-hyperbolicus-Kriechgesetz unter Verwendung der Finite-Elemente-Methode untersucht. Der Nachweis erfolgt mittels der Duktilitätserschöpfungsregel, wobei die in der Simulation ermittelten Kriechdehnungen den zulässigen Kriechdehngrenzen gegenübergestellt werden, die aus der Auslegung nach Formeln gemäß EN13445-3 abgeleitet werden. In dieser Arbeit wird die Nachweismethode beschrieben und anhand ausgewählter Beispiele demonstriert, um einen praxisnahen Ansatz für simulationsgestützte Kriechdehnnachweise zu entwickeln.

When pressure vessels are operated at elevated temperatures, creep assessments are required. The relevant harmonized standard for unfired pressure vessels, EN13445-3, provides analytical admissibility checks for the creep regime in Annex B. These checks are based on simplified finite element models and are only of limited applicability for more complex problems involving combinations of different materials as well as variable loading histories. Against this background, the present work investigates an alternative creep strain assessment based on a Sinus-hyperbolicus creep law using the finite element method. The verification is performed by means of the ductility exhaustion rule, whereby the creep strains obtained from the simulations are compared with the allowable creep strain limits derived from design by formula according to EN13445-3. The assessment method is described and demonstrated by selected examples in order to develop a practical approach for simulation-based creep strain assessment.