Nahtoptimierung

Optimierte Schweißnahtausführung bei Anschlüssen mit Knotenblechen zur Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit bei der Anwendung von niedrig- und hochfesten Stählen

Hohlprofile mit rechteckiger und kreisförmiger Querschnittsform (RHP bzw. KHP) kommen häufig in schweißtechnisch gefügten Konstruktionselementen in den Wirtschaftszweigen des (klein)seriengeprägten Nutzfahrzeug-, Kran- und Landmaschinenbaus als auch in größeren Formaten im Brückenbau zum Einsatz. In den meisten Fällen wird die Ermüdungsfestigkeit der Knotenverbindung und der Anschlüsse bemessungsrelevant.

Die Ergebnisse des FOSTA-Forschungsprojekts P 1442 „Formoptimierte Knotenbleche“ - u. a. durchgeführt von der Hochschule München - zeigten, dass die lokalen Spannungskonzentrationen im Vergleich zu konventionellen K-Knoten mit Spalt durch die Verwendung formoptimierter Knotenbleche signifikant reduziert werden können und dadurch eine Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit erreicht werden kann. Der Entstehungsort der Ermüdungsrisse wurde, wie in vielen Versuchen gezeigt wurde, vom Eckradius der Strebenprofile zur Knotenblechstirnseite verlagert. Hier hat sich gezeigt, dass die Schweißnahtausführungsqualität einen großen Einfluss auf die Rissposition (Nahtübergang oder Wurzel) und die resultierende Ermüdungsfestigkeit hat. Um das Potential des Knotenblechs jedoch voll nutzen zu können, ist eine weitere Optimierung der Schweißnahtausführung in dem Bereich der Knotenblechstirnseite erforderlich

Im Zuge des FOSTA-Forschungsprojekts P 1735 sollen verschiedene Schweißnahtausführungen für Knotenbleche an Kleinprüfkörpern experimentell untersucht wurden. Besonderes Augenmerk wird hierbei auf die Schweißnahtvorbereitung, die Schweißfolge und die Schweißnahtgeometrie gelegt, um eine ermüdungstechnisch optimale Lösung zu finden. Die dabei erarbeitete, optimierte Schweißanweisung wird bei der Fertigung der Bauteilprüfkörper in Form von Hohlprofilknoten verstärkt mit Knotenblechen angewandt. Neben Ermüdungsversuchen werden an den Bauteilprüfkörpern zusätzlich Dehnungsmessungen zur Verifikation von Simulationsmodellen durchgeführt. Die FE-Simulationen dienen der Erweiterung der Erkenntnisse aus den experimentellen Ergebnissen, um das Anwendungsgebiet der untersuchten Schweißnahtausführungen zu erweitern.

In enger Zusammenarbeit mit Vertretern aus der Industrie im projektbegleitenden Ausschuss sollen auf Basis der experimentellen und numerischen Untersuchungen praxistaugliche Bemessungs- und Fertigungsempfehlungen entwickelt werden.