Volume 49, Issue 7-8

Kurzfassung Die Analyse geschweißter Strukturen ist eine Herausforderung für den Berechnungsingenieur. Verbesserte Soft- und Hardwareleistung ermöglicht heute die Berechnung ganzer Baugruppen in einer Analyse. Gerade für verschweißte Strukturen bieten sich durch diese Möglichkeiten besondere Vorteile, die zu einer genaueren Abbildung der Kraftflüsse in der Struktur beitragen und zudem dem Berechnungsingenieur die Arbeit erleichtern. Der vorliegende Beitrag behandelt die Vorgehensweise zur Modellbildung, Strukturanalyse und Auswertung von geschweißten Strukturen mit der Finite-Elemente-Methode. Es wird ein hierarchisches Konzept bestehend aus einer Globalanalyse eines Schweißteils zur Lokalisierung kritischer Positionen anhand von Strukturspannungen und lokalen Betrachtungen nach Kerbspannungskonzept beschrieben.

This paper deals with the design philosophy against fatigue which is developed at the laboratory of the authors to take the stress-strain gradient effect into account. A deterministic energy based multiaxial fatigue criterion using the concept of volume influencing fatigue crack initiation is presented. Then, to estimate the probability distribution of the fatigue limit for metallic components, the weakest link concept has been combined with the previous non- local model. Finally, a volumetric multiaxial fatigue life calculation model is presented. This non-local approach gives good results on smooth and notched specimens made of two materials (SG cast iron and Ck45 steels) and on a real component.

Kurzfassung Das Ziel des betriebssicheren Leichtbaus hoch beanspruchter metallischer Bauteile erfordert einen immer größer werdenden Aufwand im Entwicklungsprozess für die Bauteilgestaltung. Eine wesentliche Änderung der Bauteiltopologie, um Leichtbau zu realisieren, führt jedoch unter Umständen nicht zu betriebssicheren Bauteilen. Die geänderte Bauteilgestalt kann die Empfindlichkeit der örtlichen Bauteilbeanspruchungen auf die unterschiedlichen äußeren Belastungen und auf unterschiedliche Einbauumgebungen stark verändern. Rechnerische Methoden können auf effiziente Weise die Erreichung des Ziel des Leichtbaus unterstützen.

Kurzfassung Im Rahmen der Sanierung der Straßenbahnen vom Typ Combino wird erstmals im Bereich leichter Schienenfahrzeuge zum Nachweis der Wagenkästen der Betriebsfestigkeitsnachweis eingesetzt. Neben einem rechnerischen Nachweis erfolgt eine Absicherung über Ermüdungstests an ausgewählten Wagenkästen. Grundlage der Lastgenerierung bilden Messfahrten. Über ein Sicherheitskonzept werden daraus die Rechenlasten für den rechnerischen Betriebsfestigkeitsnachweis und die Prüflasten für den Ermüdungstest abgeleitet. Im Beitrag werden das Gesamtkonzept und das angewendete Sicherheitskonzept vorgestellt und erläutert. Die Arbeiten werden in enger Zusammenarbeit zwischen Siemens Krefeld und IMA Dresden durchgeführt.

Kurzfassung Bei der Adam Opel GmbH werden in jedem Projekt konsequent die Statik und die Betriebsfestigkeit der Karosserie bereits ab den frühen Entwicklungsphasen rechnerisch simuliert. Die erforderlichen Belastungs-Zeit-Verläufe werden durch eine MKS-Simulation mit virtueller Prüfstrecke ermittelt. Um die Karosseriefestigkeit zu beurteilen, werden Schlaglochdurchfahrten mit nicht linearen FE-Modellen simuliert. Um die Betriebsfestigkeit zu errechnen, wird u.a. die Methode der Modalen Superposition für ein getrimmtes Karosseriemodell angewendet. So können relevante Schwachstellen detektiert werden, ohne dass zuvor Hardware gefertigt werden muss. Die Bestätigung der Ergebnisse erfolgt im Freigabeversuch. Es wird gezeigt, wie Modifikationen des MKS-Modells unter Berücksichtigung der Wechselwirkung mit dem FE-Modell die Belastungs-Zeit-Funktionen und damit die Bewertung der Karosserieperformance verändern.

Kurzfassung Es wird ein Konzept für den computergestützten Entwicklungsprozess mit Hochleistungspolymeren vorgestellt, welches aufgrund des komplexen Materialverhaltens der Polymere mehrere Simulationsmethoden kombiniert, um aussagekräftige Ergebnisse zu erhalten. Die Frage bleibt, wie verlässlich die Simulationen sind und inwieweit die Ergebnisse mit der Realität übereinstimmen. Um dies exemplarisch zu verdeutlichen, erfolgte eine Fallstudie am Beispiel einer neuartigen Klauenkupplung aus langglasfaserverstärktem Kunststoff, in der die Simulation mit dem Experiment verglichen wird. Dank des gezielten Einsatzes von Simulationswerkzeugen gelang die Entwicklung eines Bauteils, dessen Eigenschaften sogar über denen einer herkömmlichen Klauenkupplung aus Aluminium liegen und das bei reduziertem Gewicht und geringeren Herstellkosten.

Kurzfassung Das Potenzial von Oberflächenverfestigungsverfahren zur Schwingfestigkeitserhöhung wird untersucht. Dazu werden Simulationsmodelle zur Beschreibung der mechanischen Oberflächenverfestigungsverfahren Kugelstrahlen und Festwalzen vorgestellt und durch Versuchsergebnisse verifiziert. Auf Basis spannungs- und bruchmechanischer Ansätze werden durch Oberflächenbehandlungen eingebrachte Eigenspannungen sowie herstellungsbedingte Bauteilfehler hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die Betriebsfestigkeit bewertet.

Kurzfassung In diesem Beitrag wird die Entwicklung einer Auswerteroutine vorgestellt, um die Ermüdungsbeanspruchung in Schienenfahrzeugstrukturen bewerten zu können. Besonders von Interesse war dabei die Beurteilung der Ermüdung von Schweißnähten. Unter der Voraussetzung, dass die entwickelte Routine Daten auswertet, die von dem Solver ABAQUS geliefert werden, wurde in Zusammenarbeit zwischen dem Institut für Leichtbau und strukturelle Biomechanik, Technische Universität Wien, und der Firma STADLER Altenrhein AG, Abteilung Statik, Dynamik, Zertifizierung, eine entsprechende Routine entwickelt.