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Literatur : [ Aluminium | Stahl/Werkstoffe allg. | Schweiß-/Fügetechnik ]

Ermittlung von Materialermüdungsfestigkeitskurven im Kurz-, Zeit- und Dauerfestigkeitsbereich von einseitigen Schweißverbindungen zweier Aluminiumlegierungen


Jörg Stötzel: Ermittlung von Materialermüdungsfestigkeitskurven im Kurz-, Zeit- und Dauerfestigkeitsbereich von einseitigen Schweißverbindungen zweier Aluminiumlegierungen, Aachen 2005, erschienen in Stahlbau - RWTH Aachen, Heft 56

Die Leistungsfähigkeit von Brückengeräten aus Aluminium drückt sich in der maximalen Belastbarkeit und Spannweite, der Lebensdauer, vom Autor in Zahlen genannt 'a la 3.000 Verlegungen und ca. 10.000 bis 30.000 Überfahrten, und in dem Transport- und Verlegeaufwand (Anzahl der Fahrzeuge und erforderliches Personal) aus. Der Ermüdungsnachweis, welcher bedingt durch die Anforderungen im Übergang zwischen Kurzzeitermüdung und Langzeitermüdung stattfindet, bestimmt in erheblichem Maße die Wahl des Konzeptes. Der Herausgeber der Schriftenreihe kritisiert, dass bisher keine genauen Ermüdungsfestigkeitsdaten für die im Brückengerätebau verwendeten Konstruktionen aus hochfesten schweißbaren Legierungen AIZn4, 5Mg 1, die EN 1999 und der Eurocode 9, Daten also zur Konstruktion und Berechnung von Alumniumkonstruktionen, existierten. Er lobt die wissenschaftlich-praktische Arbeit des Autors, der sich der Bewältigung dieser Herausforderung mit gutem Ergebnis gestellt hat: So schaffte Dr.-Ing. Jörg Stötzel durch neue Ermüdungsversuche mit für den Brückengerätebau wichtigen Schweißdetails und Nachbehandlungen die Grundlage für eine neue Auswertung. Diese führte er so durch, „dass mit dem Wöhlerlinienkonzept mit verschiedenen Ermüdungsfestigkeiten für diese Details, mit dem Kerbspannungsverfahren und mit bruchmechanischen Verfahren flexible Methoden zur Anwendung für allgemeine Bemessungssituationen und für Brückengeräte zur Verfügung stehen.“

Erweiterung der Normwerte

Entsprechende Prüfkörper wurden bei der Firma Alcan Singen hergestellt und an der FH Konstanz die Ermüdungsversuche durchgeführt sowie die ersten Auswertungen im Rahmen der Studie „Schadenstolerante Konstruktion Pionier-Gerät, Teil II“ des Bundesamtes für Wehrtechnik und Beschaffung (BWB) in Koblenz finanziell gefördert. Geradezu überwältigende Unterstützung aus dem universitären Betrieb und der Wirtschaft kam dem Autor der vorliegenden Arbeit ebenfalls zu, denn gefördert wurde diese Arbeit durch Prof. Dr.-Ing. T. Seeger von der TU Darmstadt und Prof. Dr.-Ing. M. Feldmann von der RWTH Aachen sowie dem Forschungsförderverein Baustatik, Massivbau, Stahlbau e.V. (FFBMS).
In der Arbeit gibt es für das Fach und die Problemstellung insofern einen Mehrwert, als dass sie sich dem Problem stellt, dass es nicht für alle Kerbdetails, zum Beispiel für einseitig stumpfgeschweißte Verbindungen mit temporärer Badsicherung (ein Detail im Brückengerätebau) oder für die verschiedenen Arten der Nahtnachbehandlung (Nähte belassen, Nähte wurzelseitig abgearbeitet und Nähte beidseitig abgearbeitet) vor der Fertigstellung der Arbeit eine jeweilige Norm gab.

Der Autor der vorliegenden Arbeit löste das Problem durch ein Versuchsprogramm für die Legierungen AIZn4, 5Mg1 und AIMgSiO, 5, mit dem auch Einflüsse aus Festigkeit (F22, F35 und F41), Auslagerungsart nach dem Schweißen (Warm- und Kaltauslagerung), Blechdicke (t) und Spannungsverhältnis (R) abgedeckt wurden. Durch die lineare Regression der Versuchsergebnisse wurden die Nennspannungswöhlerlinien ermittelt. Im anschließenden Verfahren wurden die Versuchsergebnisse für gekerbte Proben mit Hilfe des Kerbspannungskonzeptes auf die Versuchsergebnisse für nicht gekerbte Proben transformiert. Der Autor der vorliegenden Arbeit betont, dass dadurch „eine ausreichende Versuchspopulation für die Entwicklung einer Materialwöhlerlinie möglich“ war. Sein Erkenntnisgewinn und der der hier nun vorliegenden Arbeit beläuft sich laut Stötzel darin, dass dank dieser Materialwöhlerlinie auch für andere stumpfgeschweißte Verbindungen die entsprechende Bauteilwöhlerlinie berechnet werden kann und dies, „ohne weitere umfangreiche und kostspielige Ermüdungsversuche durchzuführen“, wie er in der Kurzfassung schreibt.

Vorteile für den Brückengerätebau

Vorteile der Arbeit sind also zum Einen, dass die Bauteil- und Materialwöhlerlinien für den Kurzzeitfestigkeitsbereich erweitert werden konnten. Auf diese Art und Weise kann der gesamte Lastwechselbereich (Kurz-, Zeit- und Dauerfestigkeitsbereich) rechnerisch erfasst werden. Dies kommt dem Bereich Brückengerätebau zu Gute, da „dort für die teilweise sehr hohen Belastungen nur geringe Lebensdauern gefordert werden.“

Abschließend ist zu sagen, dass die Ergebnisse der Arbeit tatsächlich einen wirtschaftlichen Vorteil bei der Bemessung einer einseitig stumpfgeschweißten Aluminiumverbindung mit temporärer Badsicherung der Legierung AIZn4, 5Mg1 sowie der Legierung AIMgSiO,5 auf Ermüdung liefern - ganz im Sinne des Verfassers und einer wissenschaftlich handfesten Untersuchung, welche dieses Werk zur unbedingten Lektüre fürs Fachpublikum macht und dies besonders zur Berechnung und Entwicklung mobiler Brückengeräte.

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