Ermüdungsverhalten von Stahlgussknoten in Brücken aus Stahlhohlprofilen

Due to their aesthetic and structural advantages, tubular space truss structures are enjoying increasing popularity in modern bridge construction. The use of cast steel nodes for the joints between the circular hollow section members is also becoming increasingly popular. The fatigue design of such joints however requires additional knowledge with respect to their fatigue resistance. The present work deals with the global fatigue behaviour of cast steel nodes used in longitudinal truss girders of steel-concrete composite bridges. The global fatigue behaviour of cast steel nodes in a truss girder is quantified on the basis of experimental investigations. The relative influence of the resistance of the cast steel node and the resistance of the welds is analysed as a function of various parameters. An economically optimal fatigue design consists of adapting the fatigue resistance of the cast node to that of the welds. The experimental results show very clearly that the fatigue behaviour is governed by the welds in all tested configurations. Their fatigue behaviour is therefore investigated in a research program conducted simultaneously. The present work concentrates on the adaptation of the resistance of the cast steel nodes to that of the welds. Consequently, allowable initial casting defect sizes must be defined as a function of the required fatigue resistance of the welds. Using a numerical boundary element model, they are calculated for cast steel nodes in a typical steel-concrete composite bridge. The results show that brittle failure of a node containing cracks does not occur. A crack depth equal to 90 % of the wall thickness at the crack location is therefore chosen as the failure criterion, assuming that a through-thickness crack is unacceptable. Varying between 28 and 88 % of the wall thickness, the resulting allowable initial casting defect sizes are very large. Aiming at a general application for steel-concrete composite bridges, the results of the numerical investigations are represented by an approximate formula for the stress intensity factor based on a constant correction factor. This approximation results in a considerable simplification of the procedure for the fatigue design of cast steel nodes established for the aforementioned typical composite bridge. The approximate formula is used to perform a parametric study. The influences of the utilisation ratio under traffic and fatigue loads, the cast steel fracture toughness and yield strength and the node dimensions on the defect size are described. Assuming a fracture toughness likely to be encountered in practice and a mean utilisation ratio of the node as well as a range of node dimensions, the allowable initial casting defect sizes are quantified. The present work shows that the fatigue resistance of the welded joints needs to be improved substantially in order to benefit from the high fatigue resistance of the cast nodes. Weld details including a backing ring offer a higher fatigue resistance than those without. Using the proposed design concept, allowable initial defect sizes in cast steel nodes can be estimated as a function of the required fatigue resistance

EU-konform und dennoch verschweissbar

Die Recycelvorschriften der EU verlangen nach immer sortenreinerem Papierabfall. Papier wird in Lebensmittelverpackungen verwendet, wo es verschweisst werden muss. Um zwei Papierstreifen miteinander verschweissen zu können, müssen diese mit einem Fremdmaterial beschichtet sein. Das IMPE entwickelte zusammen mit der Firma Tanner & Co. AG eine neuartige Dispersionsbeschichtung für Papier, welche den Vorschriften der EU entspricht und dennoch verschweissbar ist

Influence of rail-end curvature on track geometry

Prikazano je koji problemi i pogreške u geometriji kolosijeka u zoni zavara nastaju zbog zakrivljenosti krajeva užlijebljenih tračnica. Na stvarnom primjeru prikazano je kako se mjeri i kako se mogu uspoređivati rezultati mjerenja prema različitim normama. Pokazan je utjecaj zakrivljenosti krajeva užlijebljenih tračnica na povećanje sila, ubrzanja i deformacija koji nastaju u trenutku nailaska vozila na deformiranu tračnicu u zoni zavara u horizontalnoj i vertikalnoj ravnini.Track geometry problems and errors in welding zones, due to curvature at grooved rail ends, are presented. The measurement and comparison of measurement results according to different standards are presented on an actual example. The influence of curvature of grooved rail ends on the increase in force, acceleration and deformation, occurring at the moment a vehicle passes over a deformed rail in welding zone, is shown in horizontal and vertical plane

Schmelzerückhaltung im RDB nach Verlagerung von Corium in das untere Plenum Zusammenfassung der bisherigen Ergebnisse des Projekts Nr.: 150 1254

Bezüglich eines hypothetischen Kernschmelzeszenarios in einem Leichtwasserreaktor ist es notwendig, mögliche Versagensformen des Reaktordruckbehälters sowie Versagenszeiträume zu untersuchen, um die Belastung für das Containment bestimmen zu können. Es wurden bereits eine Reihe von Experimenten durchgeführt, welche Erkenntnisse hierüber liefern sollen. Begleitend wurden in Einzelversuchen Materialeigenschaften ermittelt, sowie theoretische und numerische Arbeiten durchgeführt. Für die Simulation von Experimenten zum Versagen der Bodenkalotte, wie OLHF oder FOREVER, ist es notwendig, Kriechen und Plastizität zu berücksichtigen. Gleichzeitig müssen geeignete Modelle das Temperaturfeld in der Behälterwand für die mechanischen Rechnungen bereitstellen. Vom Institut für Sicherheitsforschung des FZR wird ein Finite-Elemente-Modell erstellt, das sowohl die Temperaturfeldberechnung für die Wand als auch die elasto-plastische Mechanik der Behälterwand modelliert. Die bisher durchgeführten Arbeiten werden in diesem Bericht kurz erläutert und mit Beispielen belegt. Am FZR wurde ein Finite-Elemente-Model entwickelt, das die Verwendung von einfachen Kriechgesetzen, die mit ihren angepassten Konstanten nur für begrenzte Spannungs- und Temperaturbereiche gültig sind, umgeht. Stattdessen wird eine numerische Kriechdatenbasis angelegt, in der die Kriechdehnrate in Abhängigkeit von der Gesamtdehnung, der Temperatur und der Vergleichsspannung abgelegt ist. Eine wesentliche Aufgabe für diese Vorgehensweise besteht in der Generierung und Validierung der Kriechdatenbasis. Zusätzlich wurden alle relevanten temperaturabhängigen Materialeigenschaften mit entsprechenden Modellen in den Code eingegeben. Für die Bestimmung der Versagenszeit wurde ein Schädigungsmodel nach einem Vorschlag von Lemaitre implementiert. Die Validierung des numerischen Models erfolgt durch die Simulation von und den Vergleich mit Experimenten. Dies geschieht in 3 Stufen: zunächst werden einzelne einachsige Kriechversuche nachgerechnet, was als 1D-Problem bezeichnet wird. In der nächsten Stufe werden sogenannte "Rohrversagensexperimente" simuliert: das RUPTHER-14 und das "MPA-Meppen"-Experiment. Diese Experimnete werden als 2D-Probleme betrachtet. Schließlich kann das Modell auf skalierte 3D-Versuche angewendet werden, in denen die Bodenkalotte eines Druckwasserreaktors mit ihrer halbkugelförmigen Geometrie wiedergegeben wird. Ein Beispiel hierfür sind die FOREVER-Experimente. In Zusammenarbeit mit den Experimentatoren an der KTH in Stockholm wurden Pre- und Posttest-Rechnungen für diese bisher einzigartigen Experimente durchgeführt, deren Ergebnisse qualitativ und quantitativ sehr zufriedenstellend sind. Eine wichtige Frage im Rahmen dieser Arbeit ist die Vergleichbarkeit des französischen Reaktordruckbehälterstahls 16MND5 und des deutschen 20MnMoNi5-5, welche chemisch nahezu identisch sind. Da diese beiden Stähle ein ähnliches Verhalten zeigen, sollte es in gewissem Umfang zulässig sein, experimentelle und numerische Daten und Erkenntnisse zwischen beiden zu übertragen

Transiente Prozesse beim Laserstrahlschweißen

Ziel der Arbeit war es, die Wirkzusammenhänge zu verstehen, die am Anfang und Ende eines Laserstrahlschweißprozesses, bei der Bearbeitung von Konturelementen, aber auch während quasistationärer Phasen zu Schweißnahtfehlern fuhren. Die Kenntnis der für diese Fehler verantwortlichen transienten Prozesse war die Voraussetzung für die Entwicklung verbesserter Prozeßführungsstrategien zur Optimierung der Bearbeitungsergebnisse. Grundsätzlich wurden zwei verschiedene Formen transienter Prozesse beim Laserstrahlschweißen unterschieden. Extrinsisch transiente Prozesse treten auf, wenn sich während der Bearbeitung Einflußparameter ändern. Intrinsisch transiente Prozesse werden durch die inhärente Eigendynamik des Laserstrahlschweißprozesses ausgelöst und während des gesamten Schweißprozesses beobachtet. Die Korrelation von Bearbeitungsparametern, Prozeßemissionen und Bearbeitungsergebnis in Verbindung mit FEM-Simulationen der thermomechanischen Vorgänge beim Laserstrahlschweißen ermöglichte die Identifizierung der Ursachen von Bearbeitungsfehlem durch extrinsisch transiente Prozesse. So konnten Prozeßführungsstrategien entwickelt werden, mit denen diese Bearbeitungsfehler weitgehend vermieden werden. Intrinsisch transiente Prozesse wurden erstmals mit Verfahren behandelt, die auf den Grundlagen der Theorie nichtlinear dynamischer Systeme beruhen. Beispielsweise konnten durch eine resonante Anregung des Schweißprozesses Prozeßfluktuationen minimiert und das Bearbeitungsergebnis deutlich verbessert werden.The aim of the thesis was the understanding of the transient processes that lead to welding failures at the beginning and end of the laser beam welding process, during the machining of contour elements or even during quasi stationary phases. This was the basis for the development of improved processing strategies that lead to optimized machining results. Basically two different kinds of transient processes have been separated. Extrinsic transient processes occur, if processing parameters change during the machining. Intrinsic transient are caused by the inherent dynamics of the welding process itself and can be observed during the whole welding process. An identification of the reasons for machining failures caused by extrinsic transient processes was possible by means of a correlation between the machining parameters, process emissions and the machining result in combination with FEM simulations of the thermo-mechanical processes during laser beam welding. So it was possible to develop machining strategies to avoid these machining failures. To characterize and to deal with intrinsic transient processes new methods have been introduced, that base on the theory of nonlinear dynamic systems. For example it was possible to minimize process fluctuations by means of a resonant stimulation of the welding process, so that machining results were improved considerably