vorlesung f%c3%bcgetechnik 2-2
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5/13/2018 Vorlesung F%C3%BCgetechnik 2-2 - slidepdf.com
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2.6.1 Stahlauswahl nach Eurocode 3
2.6.2 Stahlauswahl nach DASt 009- die alte DASt 009- die neue DASt 009
2.6.3 Vermeidung von Terassenbrüchen DASt 014
2.6 Sprödbruchverhalten vonSchweißverbindungen
2
2.6 Sicherheit gegen Sprödbruch
• Sprödbruchfördende Faktoren:
– tiefe Temperaturen
– mehrachsige Spannungszustände – hohe Beanspruchungsgeschwindigkeit
• Bei Schweißverbindungen:
– Schweißeigenspannungen Mehrachsigkeit• Längsspannungen
• Querspannungen
• Spannungen in Dickenrichtung
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Kennwerte des Zugversuches in Abhängigkeit von derMehrachsigkeit π nach Schnadt
200
400
600
800
1000
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
ππππ
R [ M P a ]
Fließgrenze
Zugfestigkeit
−
−
⋅
−
−
−=
1
3
1
2
1
3
1
2
2
1
3
2
1
21σ
σ
σ
σ
σ
σ
σ
σ
σ
σ
σ
σ π
σ1
σ2
σ3
4
Beispiele für Eigenspannungen E-Hand
Nahtart σ1
längs
σ2
quer
σ3
Dickenrichtung
10... 30 mm
30... 60 mm60...200 mm
1,0 Re
2,0 Re
2,5 Re
0,5 Re
0,8 Re
1,0 Re
0
0,3 Re
0,5 Re
3...10 mm10...30 mm30...60 mm
0,5 Re
1,0 Re
1,5 Re
0,3...0,5 Re
0,5 Re
0,7 Re
00
0,2 Re
a
tπ
0,50,450,35
0,20,320,5
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2.6.1 Sprödbruchsicherheitskonzept nachEUROCODE III
• Konstruktionsdetail wird bruchmechanisch bewertet
• Ergebnis ist eine erforderlich Bruchzähigkeit Kmat
• Aus der Bruchzähigkeit Kmat wird über die Masterkurve von Wallindie erforderliche bruchmechanische Übergangstemperatur T100 undeine Temperaturverschiebung ∆Tσ =f (Blechdicke, Kmat) abgeleitet
• Über eine Korrelation T100 zu T27J folgt die Stahlgüte
TCd = ∆Tσ+T100
Stahlgüte(Werkstoffwiderstand)
T100=T27J -18
T27J
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Bruchmechanische Analyse
Bruchmechanisches Modell
Platte mit Oberflächenriß
σ σ2cd
ad
Längssteife
Ermittlung des Spannungsintensitätsfaktors:
K d I M Y aK ⋅⋅⋅⋅= π σ
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Versagensarten
Fließ
Bruttor
Lσ
σ =
mat
I r
K
K K =
Bruch plastischer Kollaps
Bewertung imFAD
8
Das Fehlerbewertungsdiagramm FAD
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,20
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
K r
L r
sprödes Versagen
duktiles Versagen
a ↑↑↑↑
sichererBereich
A
V
Aus dem FAD folgtr
I mat
K
K K =
mat
I r
K
K K =
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Temperaturverlauf der Bruchzähigkeit (Masterkurve)8 mm dicke Proben
0
50
100
150
200
250
300
-60 -40 -20 0 20 40 60T-T100 [K]
K J I [ M P a
m ]
10
-200
-180
-160
-140
-120
-100
-80
-60
-160 -140 -120 -100 -80 -60
T27 J [°C]
T 1 0 0
[ ° C ]
T100 = T27J -18
Festlegen der Übergangstemperatur T27J
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ANNEX C des Eurocode
Konstruktives Detail Eingangsgrößen:a) Spannungen (primär + sekundär)b) tiefste Einsatztemperaturc) Beanspruchungsgeschwindigkeitd) Blechdickee) hypothetischer Riß
Bewertung:a) bruchmechanisches Konzeptb) erforderliche Bruchzähigkeit
Ergebnis: Bruchzähigkeit T27J Stahlgüte
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T-T100
K J C
Kr
Lr
unsicher
sicher
Zähigkeitsanforderungfür Versagen Kmat
Zähigkeitsanforderungals Temperaturdifferenzaus der Masterkurve
ZähigkeitsanforderungT27J aus einer Korrelation
T27 J
T 1 0 0
T100 = T27J -18
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Beispielrechnung S 355 M (80 mm Platte)
K d I M Y aK ⋅⋅⋅⋅= π σ
MPa MPa f y 5,2771005,0 =+⋅=σ
mit
ad = 50 mm, Y = 0,8 und MK =1 wird:
m MPaK I 886,31 / 18,0505,277 =⋅⋅⋅⋅= π
σ σ
2cd
ad
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Ermittlung der Werkstoffzähigkeit S355
TCd =T100+∆Tσ+∆Tε+∆Ta
Mit TEd =- 20°∆Tσ =+ 8°∆Tε = 0°∆Ta = -7°ergibt sichT100 =- 21°
T27J = T100+18 =-21+18=- 3°C
∆Tσ: Kmat Blechdicke∆Tε: Dehnrate
∆Ta: Sicherheitselement
T100 =TEd -∆Tσ-∆Tε-∆TaTCd<=TEd
T27J = T100+18 =-66+18=-48°C
38°C
-66°C
0
50
100
150
200
250
300
-60 -40 -20 0 20 40 60
T-T100 [K]
K J I [ M P a
m
]
Normwerte Meßwerte
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Beispielrechnung S 460 M (80 mm Platte)
K d I M Y aK ⋅⋅⋅⋅= π σ
MPa MPa f y 3301005,0 =+⋅=σ
mit
ad = 50 mm, Y = 0,8 und MK =1 wird:
m MPaK I 1056,31 / 18,050330 =⋅⋅⋅⋅= π
σ σ
2cd
ad
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Ermittlung der Werkstoffzähigkeit S460
TCd =T100+∆Tσ+∆Tε+∆Ta
Mit TEd =- 30°∆Tσ =+ 20°∆Tε = 0°∆Ta = -7°ergibt sichT100 =- 43°
T27J = T100+18 =-43+18=-25°C
0
50
100
150
200
250
300
-60 -40 -20 0 20 40 60
T-T100 [K]
K J I [ M P a
m
]
∆Tσ: Kmat Blechdicke∆Tε: Dehnrate
∆Ta: Sicherheitselement
T100 =TEd -∆Tσ-∆Tε-∆TaTCd<=TEd
T27J = T100+18 =-88+18=-70°C
38°C
-88°C
Normwerte Meßwerte
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2.6.2 Sprödbruchsicherheitskonzept DASt 009
• Gleiches Grundkonzept wie Eurocode III
• Auswahl des Beanspruchungsniveaus
– σEd = 0,25 fy +100 MPa
– σEd = 0,50 fy +100 MPa
– σEd = 0,75 fy +100 MPa
• Berücksichtigung der Eigenspannungen mitσE = 100 MPa
• Festlegen der tiefsten Einsatztemperatur
• Ableitung zulässiger Blechdicken f(Stahlgüte)
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Zulässige Blechdicken und Einsatztemperaturen nachDASt 009
Stahlgüte 0°C -30°C -50°C
S235JR
S235J0S235J2
50 mm
70 mm100 mm
30 mm
40 mm60 mm
20 mm
30 mm40 mm
S355JRS355J0S355J2
35 mm50 mm70 mm
15 mm25 mm40 mm
10 mm15 mm25 mm
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Zulässige Blechdicken nach DASt 009 undZähigkeitsanforderungen S 355 M
Einsatztemperatur -30°
0
20
40
60
80
100
120
140
160
-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40
T27J
B l e c h d i c k e
σEd = 0,75 fy(t) +100 MPa
EN 10113-3
20
Zulässige Blechdicken nach DASt 009 undZähigkeitsanforderungen S 355 M
EN 10113-3
Einsatztemperatur -30°
0
20
40
60
80
100120
140
160
-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40
T27J
B l e c h d i c k e
σEd = 0,5 fy(t) +100 MPa
EN 10113-3
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Stahlgütewahl nach DASt 009 (alte Version)
maximale Blechdicke [mm]
Tmin statisch zyklisch / dynamisch
<-30° unzulässig unzulässig
U -30 16 5
15 20 12
R <-30° 20 12
-30° 30 20
RR universell universell
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In welchen Normen und Regelwerken wird dieSprödbruchsicherheit bruchmechanisch bewertet ?
Stahlbau: Eurocode III , DASt 009
Druckbehälter : CENT/TC 54
Reaktordruckbehälter : KTA Regelwerk, ASME-Code
Gasfernleitungen: EPRG-Richtlinie,Anlehnung an PD6493
Offshoretechnik: firmeninterne Regeln
Schiffe: KlassifizierungsgesellschaftenRissauffangkonzept
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2.6.3 Vermeidung von Terrassenbrüchen DASt 014
Z = Za+Zb+Zc+Zd+Ze
Za = 0,3*aeff
Zb = f(Schweißnahtposition + -form)8 bis -25
Zc = 0,2*s
Zd = 0 (freie Schrumpfung)3 (mittlere Schrumpfbehinderung)5 (hohe Schrumpfbehinderung)
Ze = 0 (ohne Vorwärmen)-8 mit 100°Vorwärmen
11... 20: Z 1521... 30: Z 25>30 : Z 35Einschnürung in Dickenrichtung
aeff
s