FG Füge- und Schweißtechnik
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Investigation of thermal shock behaviour of refractory ceramics based on the calcium-aluminate
(2015)
The Influence of Geometrical and Welding Imperfections on the Strength of Stiffened Structures
(2018)
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.
Analytisches Schrumpfkraftmodell und Berechnungsprogramm zur Bestimmung des schweißbedingten Verzugs
(2008)
Bleche mit regelmäßig angeordneten steifigkeitserhöhenden Strukturen werden zunehmend in Kon-struktionen zur Erhöhung der Steifigkeit dünner Bleche bzw. von kompletten Bauteilen verwendet. Damit diese Bauteile wirtschaftlich verarbeitet werden können, bietet das Rollennahtschweißen mit seinen hohen Prozessgeschwindigkeiten und ohne notwendigen Einsatz von Zusatzwerkstoffen bzw. Schweißhilfsstoffen eine kostengünstige Alternative zu anderen Verfahren. Beim Rollennahtschweißen strukturierter Bleche führen jedoch klassische Rollennahtelektroden zur teilweisen bzw. vollständigen Einebnung der Versteifungselemente, sodass deren positive Wirkung reduziert bzw. vollständig auf-gehoben werden kann.
Die geschweißten Bleche haben Wabenstrukturen mit unterschiedlichen Elementtiefen als regelmäßig angeordnete Versteifungselemente. Die Bleche finden vorrangig Anwendung im Fahrzeugbau und im Bauwesen. Aufgrund dieser Branchen und für zukünftige Anwendungen im Wärmetauscher- und Behäl-terbau wurden die Untersuchungen an Werkstoffqualitäten DC04 und X5CrNi 18-10 mit Blechdicken von 0,5 mm und 0,7 mm durchgeführt.
Die entwickelten neuartigen Elektroden berücksichtigen die Topologie der Bleche, um eine Einebnung der strukturierten Bleche zu vermeiden. Daher wurden Elektroden mit veränderten Geometrien an den Elektrodenarbeitsflächen gestaltet. Eine der Elektroden besitzt eine periodisch unterbrochene und die zweite eine laterale Profilierung mit in Schweißrichtung nichtlinearer Form der Elektrodenarbeitsfläche. Das Verhalten beim Schweißen wurde in Schweißversuchen bestimmt und Schweißbereichsdiagram-me bzw. Prozessfenster abgeleitet. Die Verbindungseigenschaften wurden durch Metallografie-, Fes-tigkeits-, Druck- und Dichtheitsuntersuchungen validiert. Als Vergleich und Referenz dienen Schweiß-untersuchungen mit konventionellen Rollennahtelektroden.
Die Untersuchungsergebnisse zeigen Unterschiede bei den Prozessparametern und der Ausprägung der Verbindung in Abhängigkeit von der geschweißten Struktur, dem ausgewählten Schweißpfad und des geschweißten Werkstoffes gegenüber den Referenzschweißungen. Eine anschließende Optimie-rung führte zu einer vergleichbar guten Schweißnahtqualität sowohl bei Erhalt der Versteifungselemen-te mit den neuen Elektroden als auch bei deren Einebnung mit konventionellen Elektroden in Referenz zu Schweißuntersuchungen am ebenen Blech.
Anschließend wurde ein Vergleich der Verbindungsfestigkeiten mit dem Widerstandspunktschweißen und dem Metall-Aktivgas-Schweißen durchgeführt.