Modellierungsvarianten und Empfehlungen bei der Ermittlung von Struktur- und Kerbspannungen auf Basis Finiter Element-Berechnungen

Bei Einsatz von hochfesten Baustählen im Kran- und Brückenbau gewinnen Betriebsfestigkeitsuntersuchungen zunehmend an Bedeutung. Während beispielsweise im Offshore-Sektor die Beurteilung des Ermüdungsverhaltens von Bauteilen mittels numerischer Methoden etabliert ist, werden Finite-Element-Berechnungen zur Bestimmung von Struktur- bzw. Kerbspannungen im Bauwesen oder auch im Kranbau seltener herangezogen. Hier dominierten bisher Nennspannungskonzepte mit einer Vielzahl an Kerbdetails. Mittlerweile weisen jedoch bereits gängige Computersysteme Leistungsressourcen auf, mit denen auch komplexeste Geometrien mit angemessenem Rechenaufwand simuliert werden können. Anhand zweier einfacher Beispiele (Stumpfstoß, Längssteife) werden wesentliche Anforderungen an das FE-Modell und die maßgeblichen Modellierungsparameter unter Berücksichtigung von IIW-Empfehlungen aufgezeigt. Insbesondere wird dabei auf die Vernetzung und die Elementanforderungen eingegangen. Für geschweißte Stumpfstoßverbindungen wurden darüber hinaus aus umfangreichen Parameteruntersuchungen Näherungsformeln zur Berechnung von Kerbformzahlen abgeleitet.