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Einfluss von Schweißeigenspannungen auf die Bruchzähigkeit von Rohrverbindungen

Dieser Beitrag befasst sich mit der Auswirkung von Schweißeigenspannungen (SES) auf die Spannungsmehrachsigkeit (Constraint) an der Rissspitze und deren Einfluss auf die Bruchzähigkeit für geschweißte Rohrverbindungen. Es werden Finite-Elemente-Analysen (FEA) durchgeführt, um die SES für zwei verschiedene Rohr- und Schweißnahtgeometrien abzuleiten, gefolgt von Simulationen einer Überlagerung des SES-Feldes mit mechanischer Beanspruchung bei Vorhandensein eines umlaufenden Risses im Schweißnahtbereich. Anschließend werden elastische und elastisch-plastische Rissspitzenparameter wie das J-Integral, der T-Stress und der Q-Faktor ausgewertet, während die Versagenslast mit Hilfe des Beremin-Modells abgeschätzt wird. Die Ergebnisse zeigen, dass je nach Risstiefe und Biaxialität…

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Dieser Beitrag befasst sich mit der Auswirkung von Schweißeigenspannungen (SES) auf die Spannungsmehrachsigkeit (Constraint) an der Rissspitze und deren Einfluss auf die Bruchzähigkeit für geschweißte Rohrverbindungen. Es werden Finite-Elemente-Analysen (FEA) durchgeführt, um die SES für zwei verschiedene Rohr- und Schweißnahtgeometrien abzuleiten, gefolgt von Simulationen einer Überlagerung des SES-Feldes mit mechanischer Beanspruchung bei Vorhandensein eines umlaufenden Risses im Schweißnahtbereich. Anschließend werden elastische und elastisch-plastische Rissspitzenparameter wie das J-Integral, der T-Stress und der Q-Faktor ausgewertet, während die Versagenslast mit Hilfe des Beremin-Modells abgeschätzt wird. Die Ergebnisse zeigen, dass je nach Risstiefe und Biaxialität des SES-Feldes die Versagenswahrscheinlichkeit eines geschweißten Bauteils höher sein kann als bei einer C(T)-Standardprobe bei gleicher Rissspitzenbeanspruchung bzw. bei gleicher Höhe des J-Integrals. Dies bedeutet, dass eine nichtkonservative Versagensbewertung für geschweißte Bauteile möglich ist, bei Anwendung einer an Standardproben ermittelten Bruchzähigkeit, die Repräsentativ für einen hohen Constraint sind. Um in solchen Fällen eine unsichere Bewertung zu vermeiden, sollte die Bruchzähigkeit des Bauteils unter Berücksichtigung eines geeigneten Constraint-Parameters ermittelt werden. Es wird gezeigt, dass dies mit Hilfe einer Korrelation zwischen der Bruchzähigkeit und dem Q-Faktor erreicht werden kann, während der T-Stress nicht allgemein anwendbar ist, da dieser die Dehnungsbehinderung parallel zur Rissspitze (out-of-plane Constraint) nicht berücksichtigt.

Reference
BR-2024-374

Title
Einfluss von Schweißeigenspannungen auf die Bruchzähigkeit von Rohrverbindungen
Author(s)
F. Dittmann, M. Moattari, I. Varfolomeev
DOI
10.48447/BR-2024-374
Event
56. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit – Tagung 2024
Year of publication
2024
Publication type
conference paper (PDF)
Language
German
Keywords
Spannungsmehrachsigkeit,Fehlerbewertung,Beremin-Modell,Schweißeigenspannungen