Lebensdauerprognose für die Tragstrukturen von Offshore- Windenergieanlagen. geschweißte Verbindungen
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- Walther Robert Lichtenberg
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1 TEILVORHABEN V Lebensdauerprognose für die Tragstrukturen von Offshore- Windenergieanlagen geschweißte Verbindungen
2 Gliederung Gliederung des Forschungsvorhabens Konzepte zur Untersuchung des Ermüdungsverhaltens von Schweißnähten Untersuchungsergebnisse zur Hot-Spot- Methode Softwareentwicklung Entwicklungen im konstruktiven Bereich Fazit und Ausblick
3 Gliederung des Teilvorhaben V 1. geschweißte Verbindungen 2. hybride Verbindungen 3. geschraubte Verbindungen
4 geschweißte Verbindungen Rohrkonstruktionen räumlich beansprucht durch Normalkräfte und Biegemomente Geometrievielfalt: - Strebenanzahl - Strebenanordnung - Blechdicken- und Durchmesserverhältnisse
5 Bemessungsverfahren für Ermüdung global bauteilorientiert abhängig von der Belastungsart örtliche Konzepte Nennspannungskonzept Strukturspannungskonzept (Hot-spot-Methode) Kerbspannungskonzept (Konzept der örtlich elastischen Spannungen) Kerbdehnungskonzept Bruchmechanik (Rissfortschritt)
6 Hot-spot-Methode Berücksichtigung beliebiger Knotengeometrien durch Betrachtung von (örtlichen) Strukturspannung am Anrisspunkt SCF Lebensdauer aus linearer Schadensakkumulation mit Strukturspannungswöhlerlinien
7 Hot-spot-Methode parametrische Formeln: Curvefitting von Versuchen oder FE-Berechnungen, Berücksichtigung von Geometrie und Randbedingungen
8 Hot-spot-Methode parametrische Formeln relative Lebensdauer LR/Efth. [-] Vergleich parametrischer Formeln (LR - Efth.) Fazit: zu großer Scatter bei der Lebensdauervorhersage! Parametersatz Nr. [-]
9 Hot-spot-Methode FE-Methode insbesondere in der Ausführungsplanung sind FE-Methoden unbedingt anzuwenden!
10 Hot-spot-Methode: Ergebnisse Ziel der Untersuchung: Angabe von Mindeststandards für FE-Berechnung Vernetzungsfeinheit Elementwahl (Ansatzfunktion, Integrationsschema) - Faltwerkselemente (layered elements) - Volumenelemente mit/ohne Schweißnaht
11 Hot-spot-Methode: Ergebnisse Extrapolation der Strukturspannungen SCF Faltwerk [ - ] GURT 5 (AXF) Vol FI 4 FE DNV 2 FE red SCF Vol_FI [ - ] SCF Faltwerk [ - ] STREBE 5 (AXF) Vol FI 2 FE DNV FE red SCF Vol_FI [ - ] Empfehlung: Reduktion für SCF > 3: 0,95 Gurt / 0,85 Strebe
12 Hot-spot-Methode: Ergebnisse Einführung realitätsnaher Randbedingung
13 Hot-spot-Methode: Ergebnisse Einführung realitätsnaher Randbedingung 2L Str α Str = d SCFα Str,i / SCFα Str= Gurtkrone Gurtsattel Strebenkrone Strebensattel α Str [ - ]
14 Softwareentwicklung Hot-spot-Methode Softwaretool zur Berechnung beliebiger Knotentypen mittels FE-Methode ANSYS als Preprozessor und Solver, VBA- Oberfläche, kompatibel mit HanOff Automatische Auswertung von 16 Punkten in Umfangsrichtung multiaxiale Schädigungsmodelle Critical Plane Approach (Findley)
15 Gussteile topologische Optimierung SCF 1,0 wirtschaftlich ab großen Stückzahlen alternative Konstruktionen
16 alternative Konstruktionen lokale Verstärkungen mit Grout Stahl Grout (120 mm) Stahlschalung (15 mm)
17 alternative Konstruktionen Vergleich der Lebensdauer Tripod, D = 4000 mm, β = 0.5, γ = 25, τ = 0.5 (Gurtdicke 80 mm, Strebendicke 40 mm) relative Lebensdauer [ - ] Variante Var. 1: Stahl ULS Var. 2: Stahl mit örtlicher Aufdickung auf 150 mm (Referenz) Var. 3: Groutverstärkung 120 mm Var. 4: Guss
18 Fazit und Ausblick Die FE-Methode beim Strukturspannungskonzept sollte angewendet werden Die Definition von Standards für die FE-Modellierung ist unabdingbar für eine effektive Berechnung werden Softwaretools benötigt und sind in der Entwicklung der Einsatz von alternativen konstruktiven Konzepten ist sinnvoll Weiterführende Untersuchungen mit verfeinerten Konzepten sind nötig, um Aussagen über Blechdickenabhängigkeiten und Sicherheiten zu treffen
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9 Zusammenfassung 155
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