1Dr.-Ing. Konrad LeersAm Bahnhof 1031515 Wunstorf
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Berechnung von Schweißverbindungen
Praktischen Anwendungen mit MDESIGN
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• Gestaltung von Bauteilen zur Herstellung betriebsfester Konstruktionen.
Ingenieurbüro fürStrukturmechanik
Dr. - Ing. Konrad LeersGroßenheidornAm Bahnhof 10
D 31515 Wunstorf
• Berechnung von Bauteilen und Gesamtstrukturen (z.B. Schweißkonstruktion) bei statischer und dynamischer Beanspruchung.
• Sonderkonstruktionen in Absprache mit dem Auftraggeber.• Konzepte zur Berechnung von Bauteilen mit klassischen Verfahren und mit
der Finite - Elemente - Methode.• Technische Gesichtspunkte bei der Beurteilung und Anmeldung von Schutzrechten
(keine patentanwaltliche Tätigkeit).
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Voraussetzungen für die Bearbeitung von Aufträgen:
• Gespräch mit dem Kunden über die Aufgabenstellung und seinen Erwartungen.
• Zeitliche Rahmen, in dem die Aufgabenstellung bearbeitet werden soll.
• Der Charakter der Aufgabenstellung- Nur Beratung- Konstruktionsanteile
- Einzelprodukt- Serienprodukt- Sonderkonstruktion
• Befindet sich die Aufgabenstellung im Rahmen der von der Haftpflichtversicherung gedeckten Risiken.
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1. Vorbereitungen für die Berechnung der Schweißverbindung
Statik, Ermittlung der Lagerreaktion und der Schnittkräfte
Träger mit Einzellasten und LagerreaktionenVereinfachung des Trägers aufs Wesentliche
Schneiden des Trägers zwischen den Lasteinleitungsstellen
Spannung im Träger auf Grund von Biegemoment und Normalspannung.
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2. Berechnung der Schweißverbindung
Gleichungen zur Spannungsermittlung umgesetzt auf die Bedingungen der Schweißnaht
Schweißnahtlänge und Fläche, a – Maß für die Berechnung
Schweißnähté mit Beanspruchungen längs- und quer zur Schweißnahtrichtung
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Schweißnähté mit Beanspruchungen durch Biegemomente
2. Berechnung der Schweißverbindung
Gleichungen zur Spannungsermittlung umgesetzt auf die Bedingungen der Schweißnaht
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In Längsrichtung verlaufende Schweißnähté mit Beanspruchungen durch Querkräfte
2. Berechnung der Schweißverbindung
Gleichungen zur Spannungsermittlung umgesetzt auf die Bedingungen der Schweißnaht
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Bei der Entwicklung wurden folgende Normen
zugrunde gelegt:
- DIN EN 693 – Hydraulische Pressen
- Keine Eigenfrequenzen zwischen 80 bis 2000 Hz
3. Beispiele Bauteil einer Prüfanlage
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In der Mitte der Traverse liegt die Masse von 800 kg auf. Für die Berechnung wird angenommen, dass die Last über einen Zylinder im Extremfall gehalten werden muss. Ein Zylinder ist in der Lager Kräfte bis zu 10 kN aufzubauen.
3. Beispiele Bauteil einer Prüfanlage
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3. Beispiele Bauteil einer Prüfanlage
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3. Beispiele Bauteil einer Prüfanlage
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Gewichtungsgleichung zur Prüfung, ob die zulässigen Festigkeitsanforderung eingehalten sind.
3. Beispiele Bauteil einer Prüfanlage
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4. Beispiel – Ladebrücke nach EN 1398
Gelenklager
Auflagelinie Ladepritsche
Belastung durch Gabelstapler mit 6 t Gesamtgewicht. Auf zwei Flächenelement verteilt.
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Ursprünglich glatter Sägeschnitt mit zusätzlichen Laschen an den Steg des U – Profils
In der optimierten Form mit Ausklinkungen am U – Profil, da die Laschenverbindung mit zulässig.
Ursprünglich I – Profil 80 mm hoch mit glattem Sägeschnitt, nach oben mit Überstand von 10 mm und Stoß auf U – Profil 100 mm hoch
Optimierter Trägerrahmen unter dem Blech. Zeil der Optimierung ist, dass der Kraftfluss mit möglichst wenig Umlenkungen durch die Struktur erfolgt.
Nach Optimierung Ausklinkung und Knotenblech
4. Beispiel – Ladebrücke nach EN 1398
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Angenommen sind bei der Berechnung feste Einspannungen an den Trägerenden.
4. Beispiel – Ladebrücke nach EN 1398
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4. Beispiel – Ladebrücke nach EN 1398
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4. Beispiel – Ladebrücke nach EN 1398
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4. Beispiel – Ladebrücke nach EN 1398
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4. Beispiel – Ladebrücke nach EN 1398 Ergebnis der Berechnung ohne Verstärkungsknoten.
Der Anwendungsfaktorwurde mit KA = 1,5.
Sicherheitsanforderung mit
0,843 < 1 sind eingehalten.
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4. Beispiel – Ladebrücke nach EN 1398
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4. Beispiel – Ladebrücke nach EN 1398
Ergebnis der Berechnung mit Verstärkungsknoten.
Der Anwendungsfaktorwurde mit KA = 1,5.
Sicherheitsanforderung mit
0,967 < 1 sind noch eingehalten.
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Spannungsspitzen durch Anschluss des I – Profils am Steg der U – Profils und den Überstand
Spannungsspitzen durch Knotenblech und Ausklinkungen im I – Profil unterbunden.
4. Beispiel – Ladebrücke nach EN 1398 – FEM-Berechnung der Konstruktion
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5. Zusammenfassung
• Der Berechnungsmodul MDesign Schweißnahtberechnung stützt sich auf die in der Literatur beschriebene Berechnung von einfachen Schweißverbindungen.
• Der Berechnungsmodul MDesign Schweißnahtberechnung führt z. Z. den Nutzer bei der Bestimmung der zulässigen Nahtspannungen durch die durch die Druckschrift DS 952 01 der Deutschen Bahn AG oder durch das Merkblatt DVS 0705 zur Norm DIN EN ISO 5817.
• Der Berechnungsmodul MDesign Schweißnahtberechnung enthält nicht die Beurteilung nach DIN 15018 (Kranbau), DIN EN 1993-1-1 (Eurocode 3) und FKM Richtlinie. Dies wären nützliche Ergänzungen.
• Die Ermittlung der Schnittkräfte an der Schweißverbindung sind unabhängig vom dem Berechnungsmodul zu ermitteln.
• Der Berechnungsansatz für Schubspannungen auf Grund von Querkräften sollte nachmals überarbeitet werden.
• Bei komplexen Konstruktionen kann das Berechnungsmodul MDesign Schweißnahtberechnung erste Abschätzungen liefern. Sind hohe Spannungen oder komplexe Geometrien vorhanden, muss jedoch eine Lokale Spannungsanalyse (z.B. FEM) in Erwägung gezogen werden.
• Eine zusätzliche Möglichkeit zur Eingabe beliebiger Verbindungsformen könnte das Modul universeller anwendbar machen..
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