Konzeptgestützte Schwingfestigkeitsbewertung von reibgeschweißten Stahlverbindungen

Vorhabenbeschreibung:

Reibschweißverbindungen finden sich in einer ganzen Reihe von technischen Anwendungen, z. B. im Maschinenbau in der Serienfertigung von Zahnrädern, Hubstangen, Getriebeteilen und Wellen aber auch im Apparate- und allgemeinen Stahlbau an Rohren, Flanschen und Verankerungen. Die Schwingfestigkeit ist ein maßgebliches Bemessungskriterium für sicherheitsrelevante Reibschweißverbindungen und bedarf daher besonderer Aufmerksamkeit. Für die Schwingfestigkeitsbewertung von Reibschweißverbindungen steht aktuell kein validiertes Berechnungskonzept zur Verfügung. Festigkeitskennwerte werden unter hohem Zeit- und Untersuchungsaufwand experimentell bestimmt. Dies hat lange Produktentwicklungszeiten zur Folge und belastet vor allem kleine und mittelständische Unternehmen aufgrund eingeschränkter Prüfmöglichkeiten. Klassische Konzepte zur Festigkeitsbewertung von Schweißverbindungen, wie das Nenn-, Struktur- und Kerbspannungskonzept sind für Schmelz- und Widerstandsschweißverbindungen abgeleitet worden und berücksichtigen die mikrostrukturellen und geometrischen Merkmale von Pressschweißverbindungen nicht. Dazu kommt, dass Rotationsreibschweißungen einen Schweißwulst ausbilden, der in der Praxis teilweise abgearbeitet wird und die Verbindungen somit teilweise keine geometrische Kerbe aufweisen. Dieses Vorhaben erweitert die klassischen Berechnungskonzepte (Nenn- und Kerbspannungskonzept) um die Anwendbarkeit auf Reibschweißungen sowie entwickelt ein Konzept zur Schwingfestigkeitsbewertung auf Grundlage des Dehnungskonzeptes. Die Basis hierfür bilden umfangreiche Schwingfestigkeitsversuche, die mit numerischen Untersuchungen begleitet werden. Das Vorhaben ist bei einer KMU geprägten Zulieferindustrie für diesen Unternehmenstyp relevant. In der Schweißtechnik gibt es umfangreiche Normenwerke, zu deren Verbesserung das Vorhaben einen Beitrag leistet.