Ziel dieses hier beschriebenen Teilprojektes ist die Untersuchung und Bewertung des Kerb-, Struktur- und Nennspannungskonzeptes für die schwingfeste Auslegung von linienförmigen lichtbogengeschweißten (MAG) Feinblechverbindungen. Ein besonderer Aspekt liegt in der Schwingfestigkeitsbewertung von offenen Profilen. Gegegenstand der Untersuchengen ist eine Querträgeranbindung aus dem Untergestell eines Wagenkastens. Als Material wird im Bereich des Längsträgers ein Stahl S500 MC in der Materialstärke 4,0 mm, als Querträger ein Stahl S355 J2 G3 in der Materialstärke 2,7 mm bis 3,0 mm eingesetzt. An, aus dieser Verbindung abgeleiteten, ausgewählten Detail- und Bauteilproben wurden Schwingfestigkeitsversuche mit konstanten Amplituden durchgeführt, um die grundlegenden Schwingfestigkeitsdaten für die Anwendung und Bewertung der unterschiedlichen Kozepte zu ermitteln. Bei den Detailproben Stumpfstoß und Kehlnaht ergab sich durch die unterschiedlichen Blechdicken von 2,7 mm und 4,0 mm bei äußerlich reiner Zugbeanspruchung an der Schweißnaht eine zusätzliche Momentenbeanspruchung. Die Bauteilprobe Wagenkasten wurde unter Biegung geprüft. Die Bauteilprobe Längsträger wurden unter reiner Zugbelastung geprüft. Das Spannungsverhältnis bei den Versuchen der Detailproben betrug R = 0, bei den Bauteilversuchen aus versuchstechnischen Gründen bei R = 0,1. Die Versuchsergebnisse können wie folgt zusammengefasst werden. Kerbspannungskonzept: Alle Versuchspunkte für das Kerbspannungskonzept mit den Referenzradien r(ref) = 1,0 mm, r(ref) = 0,3 mm und r(ref) = 0,05 mm zusammen aufgetragen, können in einer gemeinsamen Wöhlerlinie dargestellt werden. Diese Kerbspannungswöhlerlinien haben unabhängig vom Referenzradius eine Neigung von k = 5,5. Betrachtet man die Versuchsergebnisse bezogen auf die Entwurfswöhlerlinie, so stellt man eine deutliche Abweichung der Neigung von k = 3 fest. Diese führt bei niedrigen Schwingspielzahlen und hohen Lasthorizonten zu einem Schnittpunkt der Entwurfswöhlerlinie mit der berechneten Versuchswöhlerlinie. Strukturspannungskonzept: Alle Versuchspunkte für das Strukturspannungskonzept zusammen aufgetragen, können in einer gemeinsamen Wöhlerlinie dargestellt werden. Diese Strukturspannungswöhlerlinie hat eine Neigung von k = 5,4. Betrachtet man die Versuchsergebnisse bezogen auf die Entwurfswöhlerlinie, so stellt man eine deutliche Abweichung der Neigung von k = 3 fest. Diese führt hier bei niedrigen Schwingspielzahlen und hohen Lasthorizonten jedoch nicht zu einem Schnittpunkt der Entwurfswöhlerlinie mit der berechneten Versuchswöhlerlinie. Nennspannungskonzept: Die Versuchsreihen der Detailproben Stumpfnaht und Kehlnaht sowie die Bauteilprobe Wagenkasten Versagen. Querträger sind mit der FAT-Klasse 63 zu bewerten. Die Versuchsreihe der Bauteilproben Längsträger und Wagenkasten Versagen. Längsträger sind mit der FAT-Klasse 50 zu bewerten. Eine einheitliche Wöhlerlinie für alle Versuchsreihen lässt sich hier nicht ermitteln. Die Versuchsergebnisse gliedern sich klar in die Versuchsreihen Detailproben und Bauteilproben. Diese Nennspannungswöhlerlinien haben eine Neigung von k = 5,5. und ein Streumaß von im Mittel TS = 1:1,53. Bei den Versuchsreihen der Bauteilproben führt die unterschiedliche Neigung zwischen Versuchswöhlerlinie und Bemessungswöhlerlinie ebenfalls zu einem Schnittpunkt mit der Entwurfswöhlerlinie bei niedrigen Schwingspielzahlen. Vergleich der Festigkeitskonzepte: Für die berechneten Kerbspannungen bei den unterschiedlichen Referenzradien von r(ref) = 0,05 mm, r(ref) = 0,3 mm und r(ref) = 1,0 mm, sowie den berechneten Struktur- und Nennspannungen der Detail- und Bauteilproben wurde eine übergreifende Auswertung in Bezug auf das Schwingfestigkeitsverhältnis V vorgenommen.
Offene und geschlossene Stahlprofile aus dem Schienenfahrzeugbau - Querträgeranbindung aus dem Untergestell eines Wagenkastens
2009
12 Seiten, 15 Bilder, 6 Tabellen, 1 Quelle
Conference paper
German
Stahlprofil , Schienenfahrzeug , Querträger , Untergestell , Kerbspannung , Werkstoffgefüge , MAG-Schweißen , Feinblech , Schwingfestigkeit , Stumpfstoß , Kehlnaht , Blechdicke , Zugbeanspruchung , Schweißnaht , Biegung , Radius , Wöhler-Kurve , Neigungswinkel , Schwingspiel , Versagen , Referenzwert , Empfehlung , IIW (International Institute of Welding)