Eine Plattform für die Wissenschaft: Bauingenieurwesen, Architektur und Urbanistik
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Experimentelle und numerische Untersuchungen zur Schwingfestigkeit an Schweißdetails in Stahlrohrtürmen für Windenergieanlagen
An Schwachwindstandorten ist ein wirtschaftlicher Betrieb von Windenergieanlagen (WEA) zumeist nur mit großen Rotordurchmessern und Nabenhöhen möglich. Große Nabenhöhen stellen große Herausforderungen an die Tragfähigkeit und Ermüdungsfestigkeit der Türme, die für den sicheren Betrieb der Anlage bestimmte statische und dynamische Eigenschaften erfüllen müssen. In Kombination mit steigenden Nennleistungen führt dies zu höheren Betriebslasten bei derartigen WEA. Für materialeffiziente Stahlrohrturmstrukturen sind daher erhöhte Anforderungen an die Schwingfestigkeit geschweißter Kerbdetails notwendig. Dieser Aufsatz befasst sich mit Untersuchungen zur Bewertung der Schwingfestigkeit eines typischen Konstruktionsdetails, der Schweißbuchse. Darüber hinaus werden alternative Konzepte mit dem Ziel der Schwingfestigkeitssteigerung vorgestellt und bewertet, welche einerseits auf die Reduktion des Wärmeeintrags und anderseits auf die Randschichtverfestigung setzen. Neben experimentellen Untersuchungen zum Blechdicken‐ und Mittelspannungseinfluss werden auf Basis der neu erschienenen Norm DIN 18088‐3 [1] die Möglichkeiten einer praxisnahen Anwendung von numerisch basierten Nachweiskonzepten zur Ermüdungsfestigkeit beleuchtet und den Versuchsergebnissen vergleichend gegenübergestellt.
Experimental and numerical investigations on the fatigue strength of welding details in tubular steel towers for wind turbines
At low‐wind locations, economic operation of wind turbines is usually only possible with large rotor diameters and hub heights. Large hub heights present great challenges to the ultimate and fatigue limit state of the towers, which must meet certain static and dynamic requirements for the safe operation of the turbine. For material‐efficient tubular steel tower structures, higher requirements are therefore necessary for the fatigue strength of welded notch details. This article deals with investigations to evaluate the fatigue strength of a typical design detail, the weld bushing. In addition, alternative concepts with the aim of increasing the fatigue strength are presented and evaluated, which on the one hand focus on the reduction of heat input and on the other hand on the surface layer hardening. In addition to experimental investigations on the influence of plate thickness and mean stress, the newly published standard DIN 18088‐3 [1] will be used to examine the possibilities of a practical application of numerically based verification concepts for fatigue strength and compare them with the test results.
Experimentelle und numerische Untersuchungen zur Schwingfestigkeit an Schweißdetails in Stahlrohrtürmen für Windenergieanlagen
An Schwachwindstandorten ist ein wirtschaftlicher Betrieb von Windenergieanlagen (WEA) zumeist nur mit großen Rotordurchmessern und Nabenhöhen möglich. Große Nabenhöhen stellen große Herausforderungen an die Tragfähigkeit und Ermüdungsfestigkeit der Türme, die für den sicheren Betrieb der Anlage bestimmte statische und dynamische Eigenschaften erfüllen müssen. In Kombination mit steigenden Nennleistungen führt dies zu höheren Betriebslasten bei derartigen WEA. Für materialeffiziente Stahlrohrturmstrukturen sind daher erhöhte Anforderungen an die Schwingfestigkeit geschweißter Kerbdetails notwendig. Dieser Aufsatz befasst sich mit Untersuchungen zur Bewertung der Schwingfestigkeit eines typischen Konstruktionsdetails, der Schweißbuchse. Darüber hinaus werden alternative Konzepte mit dem Ziel der Schwingfestigkeitssteigerung vorgestellt und bewertet, welche einerseits auf die Reduktion des Wärmeeintrags und anderseits auf die Randschichtverfestigung setzen. Neben experimentellen Untersuchungen zum Blechdicken‐ und Mittelspannungseinfluss werden auf Basis der neu erschienenen Norm DIN 18088‐3 [1] die Möglichkeiten einer praxisnahen Anwendung von numerisch basierten Nachweiskonzepten zur Ermüdungsfestigkeit beleuchtet und den Versuchsergebnissen vergleichend gegenübergestellt.
Experimental and numerical investigations on the fatigue strength of welding details in tubular steel towers for wind turbines
At low‐wind locations, economic operation of wind turbines is usually only possible with large rotor diameters and hub heights. Large hub heights present great challenges to the ultimate and fatigue limit state of the towers, which must meet certain static and dynamic requirements for the safe operation of the turbine. For material‐efficient tubular steel tower structures, higher requirements are therefore necessary for the fatigue strength of welded notch details. This article deals with investigations to evaluate the fatigue strength of a typical design detail, the weld bushing. In addition, alternative concepts with the aim of increasing the fatigue strength are presented and evaluated, which on the one hand focus on the reduction of heat input and on the other hand on the surface layer hardening. In addition to experimental investigations on the influence of plate thickness and mean stress, the newly published standard DIN 18088‐3 [1] will be used to examine the possibilities of a practical application of numerically based verification concepts for fatigue strength and compare them with the test results.
Experimentelle und numerische Untersuchungen zur Schwingfestigkeit an Schweißdetails in Stahlrohrtürmen für Windenergieanlagen
Glienke, Ralf (Autor:in) / Wegener, Filip (Autor:in) / Gericke, Andreas (Autor:in) / Hobbacher, Adolf F. (Autor:in) / Henkel, Knuth‐Michael (Autor:in) / Marten, Frithjof (Autor:in) / Günther, Hans‐Peter (Autor:in)
Stahlbau ; 88 ; 968-987
01.10.2019
20 pages
Aufsatz (Zeitschrift)
Elektronische Ressource
Deutsch
Schwingfestigkeitssteigerung , Berechnungs‐ und Bemessungsverfahren , Lichtbogenlöten , Kerbspannungskonzept , bruchmechanische Bewertung , Schweißbuchse , Schweißen und Schneiden , Schweißdetail , Strukturspannungskonzept , Kerbfallklasse , Nennspannungskonzept , Versuche structural stress concept , arc brazing , fracture mechanical approach , weld bushing , analysis and calculation , fatigue strength increase , effective notch stress concept , notch class , welding detail , Experiments , nominal stress concept , welding and cutting