Beitrag zur vereinfachten Eigenspannungsberechnung von Mehrlagenschweißverbindungen

Eigenspannungen beeinflussen die Lebensdauer geschweißter Konstruktionen. Folglich ist die Kenntnis über den genauen Eigenspannungszustand bereits für die Auslegung von großem Interesse. Zerstörende Messverfahren sind nicht zielführend und zerstörungsfreie Verfahren für Tiefenprofile sind nur bedingt praxistauglich. Eine vielversprechende Alternative stellt die Virtualisierung der Konstruktion unter Verwendung der FEM dar. Im numerischen Modell lassen sich sämtliche Ergebnisse an jeder Stelle darstellen. Jedoch unterliegt die Berechnung mit der FEM gewissen Grenzen insbesondere bezüglich der Rechenzeiten, die der feinen Diskretisierung und der Nichtlinearität geschuldet sind und einen praktischen Nutzen vermissen lassen. Auf Anwenderseite wird diesem Problem oftmals mit radikalen Vereinfachungen der zu berechnenden Schweißaufgabe begegnet, die zwar zu handhabbaren Rechenzeiten aber gleichzeitig zu Ergebnisverlusten führen können. Im Fokus der Arbeit steht deshalb insbesondere die Frage welche Vereinfachungsstrategien bei der Schweißstruktursimulation anwendbar sind, wenn eine akzeptable Genauigkeit anwendungsnah erreicht werden soll. Hierzu wurden messtechnisch verifizierte Referenzmodelle erstellt. Anhand dieser Modelle wurden anschließend Ansätze steigenden Vereinfachungsgrades untersucht und deren Auswirkungen auf die Ergebnisqualität quantifiziert. Die numerisch untersuchten Vereinfachungen umfassen eine geometrische Skalierung der Ausgangsmodelle sowie die Anwendung aufgebrachter Temperaturzyklen und das Zusammenfassen einzelner Schweißraupen zu größeren Lagen. Es konnte gezeigt werden, dass die häufig verwendeten Vereinfachungsansätze für die Berechnung von Eigenspannungen und Verzügen nur bedingt und teilweise gar nicht zulässig sind.