Schweißnahtberechnung mit FEM – Nachweis mit örtlichen Spannungen

Traditionell werden Schweißverbindungen über analytisch ermittelte Nennspannungen berechnet und bewertet. Die Schweißnahtberechnung mit FEM ermöglicht durch den Einsatz von örtlichen Spannungen eine deutlich höhere Qualität.

Üblicherweise sind in 3D CAD Modellen die Schweißnähte nicht abgebildet. Je nach Komplexität der Baugruppe würde der zeitliche Aufwand für die Modellierung einfach zu groß. Selbst wenn die Nahtgeometrie im CAD vorhanden wäre, ist eine ausreichend hohe Auflösung beim Vernetzen aufgrund der sich daraus ergebenden Modellgröße nicht realisierbar. Innerhalb der Aufbereitung des 3D- FEM Modells können nun die Schweißverbindungen über entsprechende Kontaktformulierungen abgebildet werden. Wichtig ist, dass die Steifigkeiten realistisch abgebildet werden. Im Ergebnis kann man nun, neben der örtlichen Verteilung der Spannungen für die Bemessung der ungeschweißten Bereiche, für die Schweißverbindungen die im jeweiligen Kontakt übertragenen Kräfte und Momente auslesen und damit einen Festigkeitsnachweis nach Nennspannungskonzept führen.

Bei komplexeren Kontaktflächen bietet sich im Rahmen der Schweißnahtberechnung mit FEM die Anwendung der Submodelltechnik an. Der kritische Bereich im Gesamtmodell wird ausgeschnitten und in ein eigenständiges Modell übergeben. Die Schweißnahtgeometrie kann nun in diesem Submodell topologisch korrekt hinzumodelliert werden. Nahtansatz und –wurzel werden mit einem Ersatzradius abgebildet. Die aus der Simulation des Gesamtmodells errechneten Verformungen werden dem Submodell als Randbedingung mitgegeben. Die Ergebnisse dieser Simulation werden nun für die Bewertung der Festigkeit nach dem Kerbspannungskonzept verwendet und die Festigkeit der Schweißverbindung kann durch Verwendung eines geeigneten Regelwerkes (z.B. FKM) dokumentiert werden.

Schweißnahtberechnung mit FEM – Vorteil örtliches Konzept

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