Betriebsfestigkeit von Aluminiumschweißverbindungen unter mehrachsigen Spannungszuständen mit konstanten und veränderlichen Hauptspannungsrichtungen
Betriebsfestigkeit von Aluminiumschweißverbindungen unter mehrachsigen Spannungszuständen mit konstanten und veränderlichen Hauptspannungsrichtungen
Die Arbeit befasst sich mit der experimentellen und rechnerischen Ermittlung der Schwingfestigkeit von Aluminiumschweißverbindungen bei mehrachsiger Beanspruchung mit dem Ziel, eine Methode zur Bewertung des mehrachsigen Spannungszustandes bei konstanten oder drehenden Hauptspannungsrichtungen zu entwickeln. Gegenstand der Untersuchung waren geschweißte Rohr-Flansch- und Rohr-Rohr-Verbindungen aus der warmausgehärteten Knet-legierung AlSi1 MgMn T6 (EN-AW 6082 T6) unter mehrachsiger Beanspruchung. Die Versuche wurden unter uniaxialer und biaxialer Wechselbelastung durchgeführt. Die Versuchsergebnisse zeigen im Gegensatz zu den Versuchsergebnissen an geometrisch ähnlichen Schweißverbindungen aus Stahl unter mehrachsiger Beanspruchung keine Lebensdauerminderung, sondern ein lebensdauerneutrales Verhalten infolge der phasenverschobenen Belastung. Dies bedeutet, dass sich eine Veränderung von Hauptspannungsrichtungen bei Aluminium-schweißverbindungen im Gegensatz zu Stahlschweißverbindungen nicht nachteilig auf die Lebensdauer unter zyklischer Belastung auswirkt. Zur Beschreibung des Festigkeitsverhaltens wurde eine schnittebenenbezogene Hypothese entwickelt. Die hier vorgestell-te Hypothese der kombinierten Normal und Schubspannungen KoNoS berücksichtigt die örtlichen Normal- und Schubspannungen in der kritischen Schnittebene. Hierfür ist die Kenntnis der örtlichen Koordinatenspannungen notwendig, die über eine FE-Berechnung in Abhängigkeit von der Proben- und Schweißnahtgeometrie bestimmt werden können. Die Anwendung führt zu einer hinreichend guten Abschätzung des Festigkeits- und Lebensdauerverhaltens für die untersuchten Aluminiumschweißverbin-dungen. Die Schadenssumme bleibt von einer Veränderung der Hauptspannungsrichtungen unbeeinflusst. Die in Regelwerken (z.B. IIW-Recommendations, EuroCode) empfohlenen Verfahren zur Bewertung eines mehrachsigen Span-nungszustandes, die auch bei Aluminiumschweißverbindungen zur Anwendung kommen, geben das beobachtete Verhalten nicht korrekt wieder und können, ausgehend von experimentell ermittelten Schwingfestigkeitswerten bei einachsiger Beanspruchung, zu Ergebnissen auf der unsicheren Seite führen. The thesis deals with the experimental and numerical determination of the fatigue strength of aluminium welds with the intention to develop a method for the assessment of multixial stress states with constant and variable principle stress directions.
The thesis deals with the experimental and numerical determination of the fatigue strength of aluminium welds with the intention to develop a method for the assessment of multixial stress states with constant and variable principle stress directions. Subject-matter of the investigation are welded flange-tube and tube-tube connections made from the artificially hardend wrought alloy AlSi1 MgMn T6 (EN-AW 6082 T6) under multiaxial loading. Tests were performed under uniaxial and biaxial sinusodial loading. Test results show, in contrary to results for similar steel weldings under multiaxial loading, no reduction of fatigue life but neutral behaviour due to out-of-phase loading. This means, a changing of principle stress directions during one load cycle does not have negative effects on the fatigue life in contrast to the results for steel welds. For the description of the fatigue behaviour a critical plane based hypothesis has been developed. The described method called KoNoS takes into account a combination of normal and shear stresses at the critical plane. This requires information about local stress components, which can be found by a FE-calculation subject to the specimen and weld geometry. The application leads to a adequate estimation of fatigue behaviour and fatigue life for the investigated specimens. Concerning the tests under variable amplitude loading, the real damage sums are not influenced by out-of-phase loading compared to in-phase loading. The recommended procedures in design guides (e.g. IIW-Recommendations, EuroCode) for the assessment of multiaxial stress states, which is also applied to aluminium welds, do not express the observed fatigue behaviour in a correct way and can lead , based on experimental results under uniaxial loading, to results on the unsafe side.
