Festigkeits- und Zähigkeitsverhalten von ferritischen Baustählen im Temperaturbereich zwischen 20 Grad Celsius und 400 Grad Celsius

Das Ziel der Untersuchungen war, im Temperaturbereich zwischen 20 Grad C und 400 Grad C das Festigkeits- und Zähigkeitsverhalten von Baustählen unterschiedlicher Eigenschaften in Abhängigkeit von Beanspruchungsgeschwindigkeit und Temperatur quantitativ zu beschreiben und außerdem die Zeitabhängigkeit des Werkstoffverhaltens durch Vergleich von Experimenten unter zügiger Belastung und bei konstanter Last zu beurteilen. Hierzu wurden an den Stählen 15 MnNi 6 3 und 20 MnMoNi 5 5 sowie an dem Schraubenstahl 21 CrMoV 5 7 Zugversuche bei Dehnraten von 10-2 bis 10-7 s-1, Relaxations- und Kurzzeitstandversuche durchgeführt. Parallel dazu erfolgten Bruchmechanikversuche an CT-Proben bei Abzugsgeschwindigkeiten von 10-1 bis 10-4 mm/s und Standversuche unter konstanter Last. Die drei Grundversuche ermöglichen eine umfassende Beschreibung des Werkstoffverhaltens unter einachsiger Zugbeanspruchung. Im Bereich duktilen Werkstoffversagens, wo die Rißausbreitung von merklichen plastischen Verformungen der rißbehafteten Struktur begleitet ist, macht sich die Temperatur- und Dehnratenabhängigkeit des Fließverhaltens auch auf das Rißwiderstandsverhalten bemerkbar. Im Gegensatz zum Rißwiderstandsverhalten bei weggesteuerter Versuchsführung, können zeitabhängige plastische Verformungen im Kurzzeitstandversuch nicht mehr vernachlässigt werden. Im Standversuch läßt sich das Rißausbreitungsverhalten mit dem Parameter C(t) korrelieren

Determination of residual stresses in multipass weldments of high strength steels with experimental and numerical techniques

This paper presents part of the work from the EU project ELIXIR on a series of welded geometries. Experimental and numerical techniques have been applied to determine residual stresses in butt-welded joints of high strength steel. Starting from simple weld geometries that served for validation of these tools, residual stresses were measured and calculated for an industrial component for offshore application. In spite of some simplifications in the numerical simulation of the welding process, satisfying agreement with experimental data has been achieved especially if relevant three-dimensional effects have been modelled. The validation of numerical techniques for residual stress calculations can help to enable cost effective fabrication and repair of steel components

Zusammenhang zwischen Rißlaufenergie und J-Rißwiderstandskurven

Für den Druckbehälterstahl 22 Ni Mo Cr 3 7 wurden an CT-Proben und SENT-Proben Rißinitiierung und Rißwachstum untersucht. Für die CT-Proben mit wenig Rißwachstum wurden Rißwiderstandskurven auf der Grundlage des J-Integralkonzeptes nach herkömmlichen Verfahren bestimmt. Zur quantitativen bruchmechanischen Analyse großer Rißerweiterungen bei den SENT-Proben wurde die spezifische Rißlaufenergie eingeführt. Sie ist äquivalent zur Dissipationsrate der Verformungsenergie in der Umgebung der Rißspitze und kann mit dem J-Integral in befriedigender Weise korreliert werden

Zusammenhang zwischen Rißlaufenergie und J-Rißwiderstandskurven

Zur quantitativen bruchmechanischen Analyse großer Rißerweiterungen wurde die spezifische Rißlaufenergie eingeführt. Sie ist äquivalent zur Dissipationsrate der Verformungsenergie in der Umgebung der Rißspitze und kann mit dem J-Integral, dessen Gültigkeitsbereich auf geringe Rißzuwächse begrenzt ist, in befriedigender Weise korrelliert werden. Die SENT-Probe ist groß genug, um bauteilspezifische Geometrieeffekte zu berücksichtigen, da die plastische Zone vollständig in ein elastisches Umfeld eingebettet ist, wie es einer realistischen Situation beim Bauteil entspricht. Die Rißlaufenergie der SENT-Probe kann somit als ein übertragbarer Kennwert angesehen werden. Ein Vergleich zwischen numerischen und experimentellen Rißlaufenergiewerten liefert für die hier betrachteten Belastungsbedingungen nur geringfügige Abweichungen. Die Unterschiede sind in erster Linie darauf zurückzuführen, daß die Dehnratenabhängigkeit der Fließspannung bisher im numerischen Modell nicht berücksichtigt wurde. Den Einfluß der Dehnrate auf das Werkstoffverhalten, der sich besonders im Rißspitzenbereich auswirkt, kann jedoch durch die Anwendung eines viskoplastischen Werkstoffmodells bei der FE-Analyse Rechnung getragen werden

Charakterisierung und Modellierung von Stahl-Klebverbindungen unter crashartiger Belastung

Zur Charakterisierung und Modellierung des Verformungs- und Versagensverhaltens von Stahl-Klebverbindungen des Klebstoffs Betamate 1496V wurden Hochgeschwindigkeitsversuche mit Rohrzug-, Scherzug- und 45°-Schrägzug-Proben bei crashrelevanten Dehn-/Scherraten bis zu 104 s−1 durchgeführt. Die Verformung der Klebschichten bis Bruch wurde optisch mit Hochgeschwindigkeitsvideokameras erfasst und mit Grauwertkorrelationsanalyse ausgewertet. Die ermittelten Spannungs-Dehnungskurven zeigen mit zunehmender Dehnrate einen deutlichen Festigkeitsanstieg und eine Abnahme der Bruchdehnungen. Die Scherspannungskurven liegen mit steigender Scherrate ebenfalls deutlich höher, verlaufen aber zunehmend flacher, während die Scherbruchdehnungen nahezu unverändert bleiben. Dies ist auf adiabatische Temperaturerhöhung zurückzuführen. Mit einem hierfür am Fraunhofer IWM erstellten Materialmodell zur Beschreibung des dehnratenabhängigen Klebstoffverhaltens wurden für die Hochgeschwindigkeitsscherversuche Temperaturerhöhungen der Klebschicht in einer Größenordnung von 50 K berechnet. Die Simulation wurde mit den Ergebnissen der 45°-Schrägzugversuche validiert

Crash assessment of welded aluminium structures

In order to investigate the deformation and failure behaviour of welded aluminium joints and to validate the appropriate computational procedures under consideration of welding, residual stresses, experimental tests and numerical investigations have been performed. For the investigations, the age-hardened aluminium alloys AW6060 (AlMgSi) and AW7003 (AlZn6Mg0.8Zr) and their welds were chosen. As a result of the static and dynamic materials and component tests, the failure takes place in the weld and in the region of the fusion line due to the lower yield strength of the weld compared to the base material. The residual stresses obtained by a weld simulation were taken into account as initial conditions for a subsequent crash simulation. As a result, the influence of the welding residual stresses on the failure under crash loading is negligible. For the computational simulation of tensile and shear failure, a failure curve consisting of a combination of the Gurson model an d the strain criterion of Johnson-Cook was qualified as a suitable failure model. To describe the failure of the weld, a simplified approach based on a constant lower bound failure strain also describes the test results quiet well

Failure behaviour of crash-relevant welded aluminium joints

To improve the design and the assessment of MIG-welded aluminium joints under crash loading conditions, experimental tests and numerical investigations on the deformation and failure behaviour have been performed. For the experimental investigations, specimens have been cut out of the base materials AW6060 (AlMgSi) and AW7003 (AlZn6Mg0.8Zr) and their welds. For the age-hardened aluminium alloys, the weld shows a lower yield strength than the base material. Thus, failure takes place in the weld and in the region of the fusion line. The residual stresses obtained by a weld simulation were taken into account as initial conditions for a subsequent crash simulation. As a result, the influence of the welding residual stresses on the failure under crash loading is negligible. For the computational simulation of tensile and shear failure, a failure curve consisting of a combination of the Gurson model and the strain criterion of Johnson-Cook was qualified as a suitable failure model. A simplified approach based on a constant lower bound failure strain also results in a good approximation to describe the failure of the weld metal

Versagensverhalten crashrelevanter Aluminium-Schweißverbindungen

To improve the design and the assessment of MIG-welded aluminium joints under crash loading conditions, experimental tests and numerical investigations into the deformation and failure behaviour have been performed. For the experimental investigations, specimens have been cut out of the base materials AW6060 (AlMgSi) and AW7003 (AlZn6Mg0.8Zr) and its welds. For the age hardened aluminium alloys the weld shows a lower yield strength than the base material. Thus, failure takes place in the weld and in the region of the fusion line. The welding stresses obtained by a weld simulation were taken into account as initial conditions for a subsequent crash simulation. As a result, the influence of the welding residual stresses on the failure under crash loading is negligible. For the computational simulation of tensile and shear failure, a failure curve consisting of a combination of the Gurson-model and the strain criterion of Johnson-Cook was qualified as a suitable failure model. A simplified approach based on a constant lower bound failure strain also results in a good approximation to describe the failure of the weld metal

Predictions and measurements of residual stress in repair welds in plates

This paper presents the work, from the European Union FP-5 project ELIXIR, on a series of rectangular repair welds in P275 and S690 steels to validate the numerical modelling techniques used in the determination of the residual stresses generated during the repair process. The plates were 1,000 mm by 800 mm with thicknesses of 50 and 100 mm. The repair welds were 50%, 75% and 100% through the plate thickness. The repair welds were modelled using the finite element method to make predictions of the as-welded residual stress distributions. These predictions were compared with surface-strain measurements made on the parent plates during welding and found to be in good agreement. Through-thickness residual stress measurements were obtained from the test plates through, and local to, the weld repairs using the deep hole drilling technique. Comparisons between the measurements and the finite element predictions generally showed good agreement, thus providing confidence in the method