WeSKAL - Verbesserte Bewertung der Schwingfestigkeit geschweißter maritimer Tragstrukturen mittels skalierbarer Schwingfestigkeitsuntersuchungen; Schlussbericht im Rahmen des Verbundvorhabens: SMATRA - Verbesserte Bewertung der Schwingfestigkeit geschweißter maritimer Tragstrukturen unter Anwendung lokaler Nachweiskonzepte

Abstract

Das Verbundvorhaben SMATRA zielte darauf ab, die Schwingfestigkeitsbewertung geschweißter maritimer Tragstrukturen durch die Anwendung lokaler Nachweiskonzepte zu verbessern und bestehende Unsicherheiten in der Bemessung zu reduzieren. Ausgangspunkt war die Erkenntnis, dass herkömmliche Verfahren wie das Nenn- und Strukturspannungskonzept komplexe Beanspruchungszustände großer Offshore- und Schiffstrukturen unzureichend abbilden, was zu überdimensionierten Konstruktionen, konservativen Sicherheitsreserven und hohen Kosten führt, ohne eine proportionale Steigerung der Betriebssicherheit zu erzielen. Im Teilprojekt WeSKAL wurde ein integriertes Nachweiskonzept entwickelt, das Rissinitiierung und Rissausbreitung konsistent verknüpft. Dazu wurden experimentelle Untersuchungen an Kleinproben, skalierten Rohrknoten und großmaßstäblichen Struktursegmenten durchgeführt, unter Einsatz moderner Messtechnik wie digitaler Bildkorrelation und Laser-Triangulation. Die Ergebnisse zeigten, dass nachbehandelte und geometrisch optimierte Schweißnähte im Mittel eine um bis zu 40 % höhere ertragbare Spannungsamplitude aufweisen. Numerische Simulationen und bruchmechanische Modelle bestätigten die experimentellen Befunde und zeigten, dass das effektive Kerbspannungskonzept eine höhere Vorhersagegenauigkeit als das Strukturspannungskonzept bietet. Die Abweichung gegenüber experimentellen Lebensdauern konnte um 44 % reduziert werden. Die Berücksichtigung realer Nahtgeometrien mittels 3D-Laser-Triangulation und Reverse-Engineering verbesserte die Zuverlässigkeit der Prognosen weiterhin. Großversuche an fast realmaßstäblichen Doppel-Y-Knoten bestätigten die Skalierbarkeit der Ergebnisse. In Zusammenarbeit mit Ramboll wurde eine softwarebasierte Bewertungsumgebung entwickelt, die die neuen Methoden in der industriellen Praxis anwendbar macht.