FG Baustatik, Stahlbau, FEM
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Keywords
- Ratcheting (15)
- Vereinfachte Fließzonentheorie (12)
- Shakedown (9)
- Zarka-Methode (7)
- Dehnschwingbreite (6)
- KTA (6)
- Zarka's method (6)
- cyclic loading (5)
- Simplified Theory of Plastic Zones (4)
- progressive Deformation (4)
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Engineering structures exposed to high temperature environment exhibit time dependent behaviour due to time dependent material behaviour. In order to avoid full inelastic analyses, simplified inelastic analysis methods are desirable.
The concept of elastic follow-up was introduced to allow determination of quantities serving as measure for life assessment of structures subjected to creep conditions without performing full time dependent structural analyses. Various simplified methods are described in the literature to estimate enhancement of creep strain and of creep damage arising from the fact that so-called secondary stresses caused by displacement-controlled loading do not necessarily relax with time in the same way as stresses do that are caused by strain-controlled loading, but rather show some characteristics of stress-controlled loading.
After providing a definition of elastic follow-up, the fundamental principles of elastic follow-up are compiled. A parameter "q" is introduced as a measure of elastic follow-up and is derived for some examples. Effects of non-uniform temperature distribution are discussed as well as effects resulting from multiaxial stress states. A number of methods to quantify elastic follow-up by simplified methods adopted by design codes or proposed in the literature are reviewed for general structures (Part I) and for piping (Part II).
Es werden Ke,r-Faktoren als Dehnungserhöhungsfaktoren für vereinfachte elastisch-plastische Ermüdungsanalysen vorgeschlagen, die realistischer sind als in Regelwerken vorhandene Ke-Faktoren. Letztere dienen einer meistens konservativen Erfassung der auftretenden elasto-plastischen Dehnungen, sie sind aber weder physikalisch nachvollziehbar, noch werkstoffgerecht formuliert. Die bisher exemplarisch durchgeführten Verifikationsrechnungen belegen, dass die vorgeschlagenen realistischen Ke,r-Faktoren leicht bestimmbar sind und zudem ausreichend konservative Ergebnisse liefern. Somit liegt mit dieser neuen Methode ein beachtenswertes Potential vor, das jedoch noch durch weitere Verifikationsrechnungen abgesichert werden muss, bevor es in das KTA-Regelwerk eingebunden werden kann.
Engineering structures subjected to high cyclic straining necessitating fatigue analysis play an important role in many industries. If the proportionality limit of the material is exceeded, nonlinearity of the material behaviour is to be taken into account. The structural response can then be calculated using either rigorous inelastic analysis methods, where stresses and strains are calculated on a step-by-step basis throughout a given load history, or by employing simplified methods of analysis. In the latter case a plastic strain range enhancement factor Ke is often used to obtain an elastic-plastic strain range based on fictitious elastic stress analyses.
Plastic behaviour of simple academic and practical structures is investigated to identify the basic features which determine the factor Ke:
(a) geometry of the structure
(b) kind of loading
(c) load level
(d) material behaviour.
The factor Ke is quantified for different geometries and kinds of loading. Parameter studies are performed to quantify the effects of load level, material models and hardening characteristics.
The background of some factors Ke established in Nuclear Design Codes or proposed in the literature is reviewed.
The behaviour of plastic structures can be attributed to global, localised and multiaxiality effects. Global structural effects comprise uniform reduction and redistribution of section forces and moments due to plasticity, including redistribution of stress across a section. Localised effects are concentrated to a very small volume of the material not affecting section forces and moments (e.g. notch effects). Multiaxiality effects arise from different Poisson's ratio associated with elastic and plastic behaviour.
Emphasis is laid on global structural effects rather than localised effects due to notches and fillets. Therefore structures exhibiting geometric stiffness discontinuities are considered to be "smooth" in the sense that the specific geometry of the transition between parts of different stiffnesses is disregarded.
Im Zuge einer Ermüdungsanalyse plastisch beanspruchter Komponenten von Kernkraftwerken werden Dehnungserhöhungsfaktoren Ke zur Ermittlung der plastischen Dehnschwingbreite aus elastisch berechneten Beanspruchungen verwendet. Ausgehend von einer Kritik an der derzeit üblichen Vorgehensweise nach ASME Code wird eine Modifikation vorgeschlagen.
Der Vorschlag basiert wie der Ke-Faktor des ASME Code (der auch von diversen KTA-Regeln übernommen worden ist) auf dem Konzept eines einfachen Faktors. Er beseitigt die potentielle Unkonservativität des ASME Code bei Kerben (Rundungsradien) und reduziert gleichzeitig dessen Überkonservativität in vielen anderen Anwendungsbereichen, indem drei unterschiedliche Effekte berücksichtigt und individuelles Werkstoffverhalten erfasst werden können. Zudem beruht er im Gegensatz zu Ke-ASME auf möglichst realitätsnahen Werkstoffdaten, die eher den Charakter von Mittel- als von Mindestwerten besitzen. Ferner ist die Anwendung dieses Vorschlages insofern einfacher als die des ASME Code, als die Suche nach der ungünstigsten Orientierung eines Schnittes durch die Wand, die i. allg. nicht einfach zu identifizieren ist, entfällt.
Eine Reihe detaillierter elastisch-plastischer Vergleichsrechnungen für hinsichtlich Bauteilgeometrie und Belastung typische Problemstellungen bei schnellen und Leichtwasserreaktoren bestätigen die Konservativität des Vorschlages.
Es wird ein Potential zur weiteren Reduzierung der Konservativität bei Anwendung auf Bauteile von Leichtwasserreaktoren im Rahmen eventueller zukünftiger Entwicklungsarbeiten aufgezeigt.