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Nachweis der Ermüdungsfestigkeit mittels Kerbdehnungskonzept. Eine Einführung für Praktiker – Stand der Technik, Praxiseinsatz und aktuelle Forschung

Proofing fatigue strength using the local strain concept. An introduction for practitioners - state of the art, application in practice and recent research

Bei Stahl- und Verbundbrücken sowie anderen dynamisch beanspruchten Stahlkonstruktionen darf bei der Bemessung die Ermüdungsfestigkeit des Stahls nicht überschritten werden. Bisher wird der dazu erforderliche Nachweis hauptsächlich mittels des Nennspannungskonzepts, aber auch mit der Methode der korrigierten Nennspannungen oder dem Strukturspannungskonzept geführt, bei denen elastisches Materialverhalten vorausgesetzt wird. Vorgestellt wird ein anderes Nachweisverfahren. Es handelt sich um das Kerbdehnungskonzept, das bisher nur selten angewendet wurde. Bei dem Kerbdehnungskonzept sind lokale Überschreitungen der Fließgrenze im gekerbten Bereich unter Berücksichtigung plastischer Effekte zugelassen, um den Nachweis der Ermüdungsfestigkeit zu erbringen. Es ist davon auszugehen, dass dieses Nachweisverfahren zukünftig bei Bemessungen immer wichtiger werden wird. Der Beitrag versteht sich daher in erster Linie als eine Einführung in das Kerbdehnungskonzept für die in der Praxis tätigen Ingenieure. In einem ersten Schritt werden die Grundlagen erläutert. Anschließend wird ein Beispiel aus der Bemessungspraxis vorgestellt und dafür die Lebensdauer unter anderem mittels einer freien und im Internet abrufbaren Software ermittelt. Die Grundidee des Kerbdehnungskonzepts beruht auf der Annahme, dass sich das Material in einem Bauteil unter Ermüdungsbeanspruchung genauso verhält wie bei einer Kleinprobe mit definierter Geometrie, welche durch dieselben Dehnungsamplituden beansprucht wird. Das hat den Vorteil, dass an Kleinproben experimentell ermittelte Materialkennwerte für die Bemessung realer Bauteile herangezogen werden können. Beim Kerbdehnungskonzept wird zunächst die linearelastische Kerbspannung mittels analytischer Gleichungen und Spannungskonzentrationsfaktoren oder mittels linearelastischer FE-Rechnungen ermittelt. Die Berücksichtigung lokaler Plastizierungen im Nahbereich der Kerbe erfolgt nachträglich. Die Abschätzung der Anrisslebensdauer erfolgt mit Hilfe der örtlich ermittelten größten Dehnungsamplitude. Zur besseren Veranschaulichung der Abschätzung der Lebensdauer wird die Vorgehensweise am Beispiel eines Blechs mit Bohrung, das mit konstanter Amplitude belastet wird, vorgestellt. Die Bewertung der Anrisslebensdauer von geschweißten Verbindungen mittels des Kerbdehnungskonzepts erscheint nach derzeitigem Stand insbesondere wegen der richtigen Wahl der Materialparameter und der Berücksichtigung der verschiedenen Materialbereiche in FE-Berechnungen noch schwierig. ABSTRACT IN ENGLISH: The proof of fatigue strength in the field of structural steel engineering is typically performed applying the nominal stress concept as specified by the appropriate code. When nominal stresses cannot be defined due to the component's complexity the proof of fatigue strength in the framework of EN 1993‐1‐9 has to be performed applying the modified nominal stress concept or the structural hot‐spot stress concept. By doing so, no statement can be made about plastic yielding in the notch area, but the behavior can be regarded as taken into account. On the other hand, the local strain approach enables the proof of strength by applying local strains evaluated directly in the notched area under the consideration of an elastic‐plastic material response. Recent research as well as standardization efforts seem to pay more attention to this concept. Consequently, it can be assumed that this approach will become more accepted and applied in the German‐speaking design community. As the local strain approach has particular features, the contribution aims to serve as a first introduction for the practical engineer. (A)

  • Availability:
  • Authors:
    • Ladinek, M
    • Niederwanger, A
    • Timmers, R
    • Lang, R
    • Osterhuber, D
  • Publication Date: 2019-5

Language

  • German

Media Info

  • Media Type: Print
  • Features: Figures; References; Tables;
  • Pagination: pp 428-39
  • Serial:
    • Stahlbau
    • Volume: 88
    • Issue Number: 5
    • Publisher: Ernst & Sohn GmbH
    • ISSN: 0038-9145

Subject/Index Terms

Filing Info

  • Accession Number: 01714146
  • Record Type: Publication
  • Source Agency: Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
  • Files: ITRD
  • Created Date: Aug 21 2019 9:27AM