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Effects of residual stresses on the fatigue behaviour of welded steel structures
Schweißbedingte Eigenspannungen können das Schwingfestigkeitsverhalten von Stahlkonstruktionen erheblich beeinflussen. Üblicherweise werden an den Nahtübergängen hohe Zugeigenspannungen bis zur Streckgrenze angenommen. Diese konservative Annahme kann zu Fehleinschätzungen des Schwingfestigkeitsverhaltens führen. Denn in komplexen Strukturen können Bereiche mit Druckeigenspannungen vorhanden sein, in denen die Details weniger kritisch als vorausbestimmt sind. Das wird in dem Beitrag anhand eines Beispiels von Steifenenden mit Kehlnahtumschweißung demonstriert, an denen günstige Druckeigenspannungen dazu führen, dass Ermüdungsrisse in ganz anderen Bereichen auftreten, die zyklisch geringer beansprucht sind. Ein weiteres Beispiel für die Auswirkung von Eigenspannungen auf die Entstehung und Ausbreitung von Ermüdungsrissen betrifft ein Strukturdetail unter vollständig im Druckbereich liegenden Belastungen. Aufgrund hoher Zugeigenspannungen sind Ermüdungsrisse hier dennoch möglich. Aus den Beispielen ist zu folgern, dass schweißbedingte Eigenspannungen für eine zuverlässige Schwingfestigkeitsbewertung vorab bekannt sein müssen, was durch die numerische Schweißsimulation zunehmend ermöglicht wird.
Residual stresses due to the welding process in steel structures can significantly affect the fatigue behaviour. Usually, high tensile residual stresses up to the yield strength are conservatively assumed at the weld toes. This conservative assumption can result in misleading fatigue assessments. Areas with compressive residual stresses may be present in complex structures, where the details are less critical than predicted. This is shown in the paper by the example of fillet-welded stiffener ends, where beneficial compressive residual stresses cause the initiation of fatigue cracks at other locations in less-strained areas. Another example for the effects of residual stresses concerns the stress initiation and propagation at a structural detail under fully compressive load cycles. Fatigue cracks are possible here due to high tensile residual stress fields. The conclusion is that the welding-induced residual stresses should be known in advance for a reliable fatigue assessment, which becomes possible to an increasing extent by numerical welding simulation.
Effects of residual stresses on the fatigue behaviour of welded steel structures
Schweißbedingte Eigenspannungen können das Schwingfestigkeitsverhalten von Stahlkonstruktionen erheblich beeinflussen. Üblicherweise werden an den Nahtübergängen hohe Zugeigenspannungen bis zur Streckgrenze angenommen. Diese konservative Annahme kann zu Fehleinschätzungen des Schwingfestigkeitsverhaltens führen. Denn in komplexen Strukturen können Bereiche mit Druckeigenspannungen vorhanden sein, in denen die Details weniger kritisch als vorausbestimmt sind. Das wird in dem Beitrag anhand eines Beispiels von Steifenenden mit Kehlnahtumschweißung demonstriert, an denen günstige Druckeigenspannungen dazu führen, dass Ermüdungsrisse in ganz anderen Bereichen auftreten, die zyklisch geringer beansprucht sind. Ein weiteres Beispiel für die Auswirkung von Eigenspannungen auf die Entstehung und Ausbreitung von Ermüdungsrissen betrifft ein Strukturdetail unter vollständig im Druckbereich liegenden Belastungen. Aufgrund hoher Zugeigenspannungen sind Ermüdungsrisse hier dennoch möglich. Aus den Beispielen ist zu folgern, dass schweißbedingte Eigenspannungen für eine zuverlässige Schwingfestigkeitsbewertung vorab bekannt sein müssen, was durch die numerische Schweißsimulation zunehmend ermöglicht wird.
Residual stresses due to the welding process in steel structures can significantly affect the fatigue behaviour. Usually, high tensile residual stresses up to the yield strength are conservatively assumed at the weld toes. This conservative assumption can result in misleading fatigue assessments. Areas with compressive residual stresses may be present in complex structures, where the details are less critical than predicted. This is shown in the paper by the example of fillet-welded stiffener ends, where beneficial compressive residual stresses cause the initiation of fatigue cracks at other locations in less-strained areas. Another example for the effects of residual stresses concerns the stress initiation and propagation at a structural detail under fully compressive load cycles. Fatigue cracks are possible here due to high tensile residual stress fields. The conclusion is that the welding-induced residual stresses should be known in advance for a reliable fatigue assessment, which becomes possible to an increasing extent by numerical welding simulation.
Effects of residual stresses on the fatigue behaviour of welded steel structures
Auswirkungen von Eigenspannungen auf das Schwingfestigkeitsverhalten von geschweißten Stahlkonstruktionen
Fricke, W. (Autor:in)
2005
7 Seiten, 17 Bilder, 12 Quellen
Aufsatz (Konferenz)
Englisch
Effects of residual stresses on the fatigue behaviour of welded steel structures
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