TY - CHAP A1 - Stapelfeld, Christoph A1 - Doynov, Nikolay A1 - Atanasova, D. A1 - Michailov, Vesselin T1 - Calculation of Welding Distortions in Large Structures Using the Maximum Temperature Model and the Coupled Analytic-Numerical Shrinkage Force Model T2 - ESI Global Forum 2010, 19. - 20. Mai 2010, München KW - welding KW - temperature model KW - model KW - analytic KW - numerical KW - shrinkage force model KW - schweißen KW - fügen KW - simulieren Y1 - 2010 ER - TY - CHAP A1 - Michailov, Vesselin A1 - Stapelfeld, Christoph A1 - Doynov, Nikolay T1 - Verzugsberechnung einer komplexen Struktur mittels eines analytisch-numerischen Hybridmodells T2 - DVS Congress 2010, Große Schweißtechnische Tagung, Studentenkongress, Statusseminar "Schneidtechnik" - Abschlusskolloquium zum AiF-Forschungscluster "Integration des Rührreibschweißens in Fertigungsprozessketten, Nürnberg 27./28. September 2010 KW - Verzugsberechnung KW - berechnung KW - komplexe Struktur KW - analytisch KW - numerisch KW - Hybridmodell KW - model KW - schweißen KW - fügen KW - simulieren Y1 - 2010 SN - 978-3-87155-592-3 SP - 128 EP - 132 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf ER - TY - CHAP A1 - Michailov, Vesselin A1 - Ossenbrink, Ralf A1 - Stapelfeld, Christoph T1 - Anwendungsnahe Schweißsimulation komplexer Strukturen KW - Schweißsimulation KW - komplexe Struktur KW - Strukturen KW - schweißen KW - fügen KW - simulieren Y1 - 2010 SN - 978-3-87155-290-8 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf ER - TY - GEN A1 - Michailov, Vesselin A1 - Doynov, Nikolay A1 - Stapelfeld, Christoph A1 - Ossenbrink, Ralf T1 - Hybrid Model for Prediction of Welding Distortions in Large Structures T2 - Journal of Frontiers of Materials Science Y1 - 2011 SN - 2095-025X VL - 5 IS - 2 SP - 209 EP - 215 ER - TY - THES A1 - Stapelfeld, Christoph T1 - Vereinfachte Modelle zur Schweißverzugsberechnung N2 - Joining by means of welding has a vital importance in many sectors of industry. However, the uneven heating of the welded structure results in unwanted distortions, which has to be removed by cost-intensive after treatments. Knowing the welding distortions in an early stage of the product development cycle enables taking countermeasures or define after treatments, already in the product planning. The aim of this research study is the development and implementation of an analytic numerical hybrid model for the distortion calculation of large welded structures. The basis of the hybrid model is the analytical shrinkage force model, which is upgraded for modern welding processes and new materials. By means of experimental as well as numerical investigations, the instability of thin walled structures during welding is reviewed and a possibility for capturing is proposed. The linking of the analytical and the numerical method opens up the possibility for calculating the distortions caused by curved trajectories. To simplify the application of the hybrid model, a software will be programmed, including the complex mathematical approach of the shrinkage force model. It determines the mechanical loads, depending on the geometry of the welded structure, material data and weld parameters. The verification of the program as well as the coupling procedure is done on butt joints. The same welded structures are used for the investigation of the stability and the sensibility of the hybrid model afterwards. Finally the hybrid model will be applied to welded structures of different complexity and the results will be compared with experimental measurements. At the beginning butt and T-joints are determined, followed by the distortion calculation of a evaluation model made up of 8 welds. At the end an entire section of a ship deck, whereupon different elements are assembled by about 90 welds on a 20x16 meter large ground plate, is estimated. N2 - Dem Fügen mittels Schweißen kommt in vielen Industriezweigen eine zentrale Bedeutung zu. Durch die ungleichmäßige Erwärmung der Schweißverbindung kommt es jedoch zu unerwünschten Verformungen, die durch kostenintensive Nachbehandlungen beseitigt werden müssen. Ist der bleibende Schweißverzug bereits in einem frühen Stadium des Produktentwicklungszyklus bekannt, können geeignete Gegenmaßnahmen ergriffen oder Nachbehandlungen bereits in der Produktplanung festgelegt werden. Das Kernziel dieser Arbeit ist die Entwicklung und Umsetzung eines gekoppelten analytisch numerischen Hybridmodells für die Schweißverzugsberechnung von Großstrukturen. Die Basis hierfür liefert das Schrumpfkraftmodell, welches um moderne Schweißverfahren und neue Werkstoffe erweitert wird. Sowohl experimentell als auch mittels numerischer Analysen wird die Instabilität dünnwandiger Strukturen untersucht und eine mögliche Erfassung im Schrumpfkraftmodell vorgeschlagen. Durch die analytisch numerische Kopplung stellt auch die Berechnung der Verzüge, hervorgerufen durch krummlinig wandernde W\"armequellen keine Hürde mehr dar und wird implementiert. Um die Anwendung des Hybridmodells zu vereinfachen, wird ein Programm entwickelt, welches die umfangreiche mathematische Vorgehensweise des Schrumpfkraftmodells beinhaltet und aufgrund der Geometrie der Schweißverbindung, des Werkstoffs und der Schweißparameter die mechanischen Lasten berechnet. Die Verifizierung der Software, des Kopplungsalgorithmus sowie die Untersuchung der Stabilität und Sensibilität des Hybridmodells erfolgt an Stumpfstoßverbindungen. Abschließend wird das Modell an unterschiedlich komplexen Schweißkonstruktionen angewandt und die berechneten Schweißverzüge mit experimentellen Messungen verglichen. Eingangs werden einfache I- und T-Stoßverbindungen betrachtet. Es folgt die Verzugsberechnung eines Demonstrators aus dem Schiffbau mit 8 Schweißnähten sowie einer gesamten Decksektion mit ca. 90 Nähten, wobei verschiedene Elemente auf eine Grundplatte von 20x16 Metern gefügt werden. KW - Schweißen KW - Schweißverzug KW - Schrumpfkraftmodell KW - Weld Distortion KW - shrinkage force Y1 - 2016 SN - 978-3-8440-4142-2 PB - Shaker Verlag GmbH CY - Aachen ER - TY - CHAP A1 - Stapelfeld, Christoph A1 - Launert, Benjamin A1 - Pasternak, Hartmut A1 - Doynov, Nikolay A1 - Michailov, Vesselin T1 - Numerische Festigkeitsberechnung einer versteiften Struktur unter Berücksichtigung realitätsnaher geometrischer und struktureller Imperfektionen T2 - 110 Jahre DASt und 21. DASt-Forschungskolloquium an der Technischen Universität Kaiserslautern, 6./7. März 2018 N2 - Die Festigkeitsberechnung von Strukturen, zum Beispiel Platten oder Schalen, mittels der Finite-Elemente-Methode gehört schon seit längerem zum Stand der Technik. Berücksichtigt werden bei der Berechnung sowohl geometrische Nichtlinearitäten als auch das nichtlineare Verhalten des Werkstoffs. Die geometrischen und strukturellen Imperfektionen werden bei der Ermittlung der Festigkeit zumeist in ausschließlich geometrischen Imperfektionen, wie bspw. Kombinationen aus Fertigungstoleranzen und den Ergebnissen von Beulanalysen zusammengefasst. Zur Rechtfertigung dieser Vorgehensweise werden die geometrischen Imperfektionen gemäß DIN EN 1993-1-5 erhöht. In einem Kommentar zur selben Norm findet sich ebenfalls eine Empfehlung zur Berücksichtigung von Schweißimperfektionen in Form von vereinfachten Längseigenspannungsverläufen. Diese werden in Abhängigkeit der Fließgrenzspannung des Werkstoffs bei Raumtemperatur und der Dicken der Fügepartner angenommen. Sowohl die Annahme rein geometrischer Imperfektionen als auch die Berücksichtigung vereinfachter Eigenspannungszustände, sind mit Sicherheitszuschlägen behaftet. Durch eine realitätsnähere Berücksichtigung von strukturellen und geometrischen Imperfektionen, hervorgerufen durch Schweißprozesse, kann die tatsächliche Tragfähigkeit einer Struktur wesentlich exakter bestimmt werden. Inhalt dieses Artikels ist die Anwendung eines analytisch-numerischen Hybridmodells zur Schweißimperfektionsberechnung an einer doppelt versteiften Platte und einer anschließenden Festigkeitsanalyse. Eingangs wird das analytische Modell vorgestellt und auf die grundlegenden physikalischen Zusammenhänge eingegangen. Es folgt die Erläuterung des Kopplungsalgorithmus zwischen analytischem Modell und der numerischen Berechnung. Angewendet an der doppelt versteiften Platte, wird ein realitätsnaher geometrischer und struktureller Imperfektionszustand berechnet. Eine anschließende Traglastanalyse gibt Aufschluss über das Verformungsverhalten unter achsialer Krafteinwirkung. Zur Bewertung der Ergebnisse wird ein Modell gleicher geometrischer Abmessungen und Werkstoffkennwerte aus der Literatur herangezogen. Berechnet wurden die ersten 6 Eigenformen mittels analytischer und numerischer Modelle sowie die Last-Verformungskurven unter der Annahme unterschiedlicher geometrischer Imperfektionen. Um die Vergleichbarkeit der Ergebnisse zu sichern, wird eingangs die Lagerung des Modells sowie der Kraftangriffspunkt in Längsrichtung invers, durch den Vergleich der ersten 6 Beulformen sowie der Last-Verformungskurven dreier Imperfektionen, bestimmt. Darauf aufbauen wird die Last-Verformungskurve für einen überlagerten Imperfektionszustand berechnet, wobei die geometrischen Imperfektionen aus den Fertigungstoleranzen abgeleitet und die strukturellen idealisiert, gemäß DIN EN 1993-1-5, gewählt werden. Abschließend werden alle Last-Verformungskurven einander gegenübergestellt. Anhand des Vergleichs kann quantifiziert werden, wie konservativ die einzelnen angenommenen Imperfektionen sind und wie sich der Verformungsverlauf darstellt, berechnet man diesen unter Verwendung realitätsnaher geometrischer und struktureller Imperfektionen. Y1 - 2018 SN - 978-3-941687-27-1 SP - 245 EP - 249 PB - Deutscher Ausschuß für Stahlbau DASt CY - Düsseldorf ER - TY - GEN A1 - Stapelfeld, Christoph A1 - Launert, Benjamin A1 - Pasternak, Hartmut A1 - Doynov, Nikolay A1 - Michailov, Vesselin T1 - Traglastberechnung versteifter Platten und Schalen unter Berücksichtigung realer Schweißimperfektionen T2 - Bauingenieur N2 - Imperfektionen, die bei Traglastberechnungen Berücksichtigung finden müssen, haben ihre Ursachen in Herstellungs- und Fertigungstoleranzen oder werden durch das Schweißen und den damit zumeist einhergehenden Nachbehandlungen in den Bauteilen hervorgerufen. Durch die Wärmewirkung des Schweißens entstehen sowohl sehr große Verformungen als auch signifikante Zug und Druckspannungen. Der strukturelle und geometrische Imperfektionsgrad wird somit maßgeblich von der Anzahl und der Lage der Schweißnähte sowie den Schweißparametern bestimmt. Für die Berücksichtigung in Traglastberechnungen ist ein physikalisch fundiertes Modell erforderlich, welches die Schweißimperfektionen schnell und präzise berechnet. Das gekoppelte analytisch numerische Hybridmodell erfüllt diese Kriterien. Die mathematischen Grundlagen des analytischen Modells sowie die Kopplung mit der numerischen Finite-Elemente-Berechnung werden eingangs vorgestellt und die Anwendung zur Berechnung von Verzügen an einer Schiffsektion demonstriert. Darauffolgend wird das Hybridmodell an einer eben und einer gekrümmten versteiften Platte zur Berechnung der Schweißimperfektionen angewendet. Anschließende Traglastberechnungen sowie der Vergleich mit den Ergebnissen unter der Annahme einer geometrischen Ersatzimperfektion in Form des kritischsten Eigenwerts gibt Auskunft darüber, welches Potenzial die realitätsnahe direkte Berücksichtigung von Schweißimperfektionen birgt. Y1 - 2018 SN - 0005-6650 VL - 93 IS - 10 SP - 403 EP - 411 ER - TY - GEN A1 - Doynov, Nikolay A1 - Stapelfeld, Christoph A1 - Michailov, Vesselin A1 - Pasternak, Hartmut A1 - Launert, Benjamin ED - Sommitsch, Christof ED - Enzinger, Norbert ED - Mayr, Peter T1 - Distortion analysis of large scaled welded structures T2 - Mathematical Modelling of Weld Phenomena 12 : selected peer reviewed papers from the 12th International Seminar Numerical Analysis of Weldability : September 23-26, 2018, Graz, Schloss Seggau - Austria N2 - The work presents an innovative approach for simulation of welding induced distortions, which allows taking into consideration the local effects of the welding process as well as the global interactions in the structure. The approach bases on an integration of analytical and numerical calculation’s procedures in a hybrid model, realized with the aid of the inherent strain concept. The analytical procedure calculates the shrinkage strain components and area of the plastic deformed zone, caused by welding. The calculated strains are then transferred to the global finite element model in order to predict the distortions and stresses in the structure after every welding stage, as well as their final state. The consideration of welding scenarios, weld sequence, clamping conditions and the assembling stages is done by taking into account the intermediate variation of the strain state during the manufacturing steps. The article gives the theoretical basis of the analytical model. The consideration of the essential physical relations is put into discussion. The application of the model is illustrated on complex structures. Its reliability and practicability are demonstrated by means of a validation study. Y1 - 2019 SN - 978-3-85125-615-4 U6 - https://doi.org/10.3217/978-3-85125-615-4 SP - 254 EP - 280 PB - Verlag der Technischen Universität Graz CY - Graz ER - TY - CHAP A1 - Stapelfeld, Christoph A1 - Launert, Benjamin A1 - Pasternak, Hartmut A1 - Doynov, Nikolay A1 - Michailov, Vesselin T1 - The Influence of Geometrical and Welding Imperfections on the Strength of Stiffened Structures T2 - High Performance Steel Structures Research Council (HPSSRC), Delft, Netherlands, 2018 N2 - The strength calculation of stiffened plates and shells via finite element simulation has been part of the state of the art for a long time. Geometrical nonlinearities as well as the nonlinear material behavior are considered within the calculation. To simplify, both types of imperfections, geometrical and structural ones, are mostly combined in these strength calculations being considered as equivalent geometrical imperfections. Values for standard cases are included in EN 1993-1-5 in case of plated structures or 1-6 in case of shells. A second possibility is the separate definition of fabrication tolerances and residual stresses, as far as they are known. With increasing complexity of the structure, less information are however available on geometrical and particularly structural imperfections. Nevertheless, by means of a more realistic consideration of these values, the actual ultimate load can be determined significantly more exactly and the performance of high performance steel structures is increased. In the investigated cases, deformations and stresses arise mainly due to welding. Therefore, the topic of this article is the application of an analytical numerical hybrid model for predicting imperfections induced by welds. This is presented on an example of a stiffened steel structure and a subsequent ultimate load calculation. At the beginning the analytical model, its physical basis as well as the physical interrelationships are introduced and explained. This is followed by the explanation of the coupling procedure between the analytical model and the numerical calculation for the calculation of weld-induced deformations and residual stresses. The significance of the hybrid model is proven by means of a few sample applications. For a realistic determination of the weld imperfections in the investigated stiffened structure, the coupled hybrid model is used afterwards. An ultimate load analysis gives information about the load carrying behavior under axial loading. The results are compared with the results of an ultimate load analysis from a literature example assuming different eigenvalues with different scaling. The results underline the potential additional utilization of load bearing capacity by this new approach. KW - Welding KW - Stresses KW - Strains KW - Imperfections KW - Stiffened Structures KW - Distortions Y1 - 2018 UR - https://www-docs.b-tu.de/fg-stahlbau/public/Fachgebiet_Stahlbau/publikationen/Workshop_Proceedings_of_HPSSRC-updated_cs.pdf SP - 191 EP - 201 ER - TY - CHAP A1 - Stapelfeld, Christoph A1 - Launert, Benjamin A1 - Pasternak, Hartmut A1 - Doynov, Nikolay A1 - Michailov, Vesselin ED - Seefeldt, Marc T1 - Strength Calculation of Stiffened Structures Taking Into Consideration Realistic Weld Imperfections T2 - European Conference on Residual Stresses 2018, ECRS-10, Leuven, Belgium, 11-14th September, 2018 N2 - The topic of this article is the application of an analytical numerical hybrid model for a realistic prediction of imperfections induced by welds. At the beginning, the analytical model, its physical basis as well as the physical interrelationships are explained. This is followed by the explanation of the coupling procedure between the analytical model and the numerical calculation. Afterwards, the coupled hybrid model is applied on the investigated stiffened curved structure for the determination of the weld imperfections. An ultimate load analysis gives information about the load carrying behavior under axial loading. The results are compared against the traditional approach using eigenmode-based imperfections. The comparison underlines the potential additional utilization of load bearing capacity by this new approach. Y1 - 2018 SN - 978-1-945291-88-3 SN - 978-1-945291-89-0 U6 - https://doi.org/10.21741/9781945291890-39 SP - 245 EP - 250 PB - Materials Research Forum LLC CY - Millersville, PA ER - TY - BOOK A1 - Pasternak, Hartmut A1 - Stapelfeld, Christoph A1 - Launert, Benjamin A1 - Michailov, Vesselin A1 - Doynov, Nikolay T1 - Ermittlung der Tragfähigkeit neuartiger stählerner Schalenbauwerke unter realitätsnaher Berücksichtigung des Schweißverzugs Y1 - 2020 SN - 978-3-946885-89-4 PB - Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V. CY - Düsseldorf ER - TY - CHAP A1 - Harlander, Uwe A1 - Seelig, Torsten A1 - Stapelfeld, Ludwig A1 - Gellert, Marcus A1 - Viazzo, Stephane A1 - Randriamampianina, Anthony A1 - Egbers, Christoph A1 - Rüdiger, Günther T1 - Stratorotational Instability: nonlinear aspects at higher Reynolds numbers T2 - ICTW 19, Book of Abstracts, 19th International Couette-Taylor Workshop, June 24 - 26, 2015 Cottbus, Germany Y1 - 2015 SP - 132 EP - 133 CY - Cottbus ER - TY - BOOK A1 - Michailov, Vesselin A1 - Stapelfeld, Christoph T1 - Erweiterung eines analytisch-numerischen Hybridmodells für die Verzugssimulation von Großstrukturen Y1 - 2014 SN - 978-3-942541-35-0 PB - Verlag und Vertriebsgesellschaft mbH CY - Düsseldorf ER - TY - CHAP A1 - Stapelfeld, Christoph A1 - Doynov, Nikolay A1 - Michailov, Vesselin T1 - Das Maximaltemperaturmodell und das gekoppelt analytisch-numerische Schrumpfkraftmodell angewandt an einer komplexen Struktur KW - Maximaltemperaturmodell KW - temperaturmodell KW - Maximaltemperatur KW - modell KW - schrumpfkraftmodell KW - analytisch numerische Schrumpfkraftmodell KW - komplexe struktur KW - struktur Y1 - 2009 ER - TY - CHAP A1 - Stapelfeld, Christoph A1 - Doynov, Nikolay A1 - Michailov, Vesselin T1 - Hybride Berechnungsansätze zur Prognostizierung und Minimierung des Verzugs komplexer Schweißkonstruktionen T2 - SYSWELD Forum, 22.-23. Oktober 2009, Tagungsband KW - Hybride Berechnungsansätze KW - Berechnung KW - Verzug KW - komplexe Schweißkonstruktion KW - Schweißkonstruktion KW - schweißen KW - fügen KW - Fügetechnik Y1 - 2009 SN - 978-3-86068-401-6 SP - 91 EP - 105 PB - Univ.-Verl. CY - Weimar ER - TY - CHAP A1 - Stapelfeld, Christoph A1 - Doynov, Nikolay A1 - Michailov, Vesselin T1 - Neue Lösungsansätze zur Schweißverzugsberechnung T2 - 20. Symposium Simulationstechnik, ASIM 2009, Brandenburgische Technische Universität 23. - 25. September 2009 Y1 - 2009 SN - 978-3-9811800-5-3 SP - 155 EP - 159 PB - Brandenburgische Techn. Univ. CY - Cottbus ER - TY - CHAP A1 - Stapelfeld, Christoph A1 - Kloshek, Alexander A1 - Doynov, Nikolay A1 - Michailov, Vesselin T1 - Analytisches Schrumpfkraftmodell und Berechnungsprogramm zur Bestimmung des schweißbedingten Verzugs T2 - Die Verbindungs-Spezialisten 2008, Vorträge und Posterbeiträge der Veranstaltung in Dresden vom 17. bis 19. September 2008 KW - analytisches Schrumpfkraftmodell KW - Schrumpfkraftmodell KW - Schrumpfkraft KW - Modell KW - Berechnung KW - Berechnungsprogramm KW - schweißen KW - schweißbedingter Verzug KW - Verzug KW - Schweißverzug Y1 - 2008 SN - 978-3-87155-256-4 SP - 401 EP - 405 PB - DVS-Verl. CY - Düsseldorf ER - TY - GEN A1 - Stapelfeld, Christoph A1 - Launert, Benjamin A1 - Pasternak, Hartmut A1 - Doynov, Nikolay A1 - Michailov, Vesselin T1 - Improve load capacity calculations by considering realistic imperfections induced by welding for plates and shells T2 - Stability and ductility of steel structures 2019 : proceedings of the International Colloquia on Stability and Ductility of Steel Structures (SDSS 2019), September 11-13, 2019, Prague, Czech Republic Y1 - 2019 UR - https://www.b-tu.de/fg-stahlbau/publikationen/veroeffentlichungen SN - 978-0-367-33503-8 SP - 1059 EP - 1067 PB - CRC Press CY - Boca Raton ER - TY - GEN A1 - Pasternak, Hartmut A1 - Li, Zheng A1 - Stapelfeld, Christoph A1 - Jäger-Cañás, Andreas A1 - Launert, Benjamin T1 - Considering realistic weld imperfections in load bearing capacity calculations of ring-stiffened shells using the analytical numerical hybrid model T2 - Stability and Ductility of Steel Structures 2019 : Proceedings of the International Colloquia on Stability and Ductility of Steel Structures (SDSS 2019), September 11-13, 2019, Prague, Czech Republic Y1 - 2019 SN - 978-0-429-32024-8 SN - 978-0-367-33503-8 U6 - https://doi.org/10.1201/9780429320248 SP - 882 EP - 889 PB - CRC Press CY - London ET - 1st Edition ER -