Bauteilsicherheit

Risse sicherheitsrelevant bewerten

Bauteilsicherheit

 

Für einen dauerhaften und wirtschaftlichen Betrieb von Bauteilen und geschweißten Konstruktionen ist die Sicherheit von höchster Bedeutung. Zum Schutz von Mensch und Umwelt gibt der Gesetzgeber unter anderem Richtlinien für Druckgeräte (PED) und Bauprodukte vor. Besonders die Vermeidung von Sprödbruch ist für die Bauteilsicherheit wesentlich.

 

Grundsätzlich wird ein Bauteil dann als sicher eingestuft, wenn die auftretenden Belastungen (Einwirkungen) dauerhaft kleiner als der Widerstand des Werkstoffs gegen Bruch sind.

 

Also gilt: Einwirkung S < Widerstand R (Grenzzustandsgleichung)

 

Risse beeinträchtigen die Bauteilsicherheit, sie sind aber nicht grundsätzlich als sicherheitsgefährdend einzustufen. Erst wenn Risse eine kritische Größe erreichen, kommt es zum Versagen durch Rissauslösung. Dieses Ereignis kann rechnerisch mit bruchmechanischen Methoden abgeschätzt werden. Ebenso sind Aussagen über eine weitere Betriebsdauer möglich.

 

Wir verfügen über 30 Jahre Erfahrung in der Anwendung bruchmechanischer Methoden zur Sicherheitsanalyse nach allgemeinen Standards wie BS 7910 oder API572 oder der FKM Richtlinie. Ebenso führen wir Berechnungen im Rahmen von EN 1993-1-10 Methode 2 (Eurocode 3) und EN 13445 oder EN 13480, Teil 2, Anhang B, Methode 3 (Druckbehälter und Rohre) durch. Zahlreiche Bauwerke und Schweißkonstruktionen wurden auf diesem Wege erhalten.

Bauteilsicherheit: Gewaltbruch Probe
Nach Einbringung eines Ermüddungsanrissess Sprödbruch bei T = -100 °C.
Stahl S355ML, 80 mm dick.
Bauteilsicherheit Schienenbruch Probe
Gewaltbruch ausgehend von Ermüdunganriss bei Raumtemperatur

„Mit Rissen leben“ Geht das überhaupt?

Ja, und zwar mit Hilfe der Bruchmechanik.

Bruchmechanische Methoden wurden während der letzten 40 Jahre in umfangreichen internationalen Untersuchungen, an denen auch IWT seit den 90er Jahren beteiligt ist, soweit aufbereitet, dass sie in der Praxis angewendet werden können. Klassische Beispiele für die Anwendung sind die Nukleartechnik und die Luft und Raumfahrtindustrie. Die Entwicklung von Transfermodellen wie dem Master Curve Konzept erlaubt heute eine pragmatische und wirtschaftliche Anwendung in den konventionellen Industriebereichen Stahlbau, Druckbehälter, Rohrleitungen, Schiffbau, Windenergie und Maschinenbau möglich.

 

Zur bruchmechanischen Sicherheitsanalyse gehört, wie von der Festigkeitsanalyse her bekannt, auf der Bauteilseite die Berechnung der Rissbeanspruchung aus äußeren und inneren Spannungen und auf der Werkstoffseite die Ermittlung von Risszähigkeitskennwerten mit Hilfe von Laborproben. Die bruchmechanische Sicherheitsanalyse wird sowohl für statische als auch für zyklische und dynamische Lastfälle angewendet.

 

IWT hat eine langjährige Expertise in dieser technischen Anwendung und ermöglicht Ihnen daher einen pragmatischen Zugang zur Anwendung der Bruchmechanik. Wir passen Ihr Problem an die Möglichkeiten der Bruchmechanik an mit dem Ziel eine wirtschaftliche und sichere Lösung zu erhalten.

 

Wir sind vernetzt mit den führenden Bruchmechanikexperten in Deutschland und sind Mitgleid im Arbeitskreis Bruch des Deutschen Verbandes für Materialprüfung und bei der Deutschen Gesellschaft für Materialwissenschaften. So können wir auch komplexeste Probleme lösen.

Typische Anwendungsbereiche für die bruchmechanische Prüfung und Sicherheitsanalyse sind:

  • Allgemein: Schweißkonstruktionen und Gussbauteile
  • Luft- und Raumfahrttechnik
  • Off-shore- und Windenergie-Anlagen
  • Schienen und Schienenfahrzeuge
  • Brücken und anderer Stahlbau
  • Druckbehälter, Rohre, Armaturen und Pipeline
  • Schiffbau
  • Schwerer Maschinenbau
  • Baumaschinen

Typische Fragenstellungen

 

Ist ein Bauteil mit einem Riss noch betriebssicher?

 

Wieviel Zeit verbleibt bis ein Anriss kritisch wird und zum Versagen führt?

 

Eine zu niedrige Kerbschlagarbeit außerhalb der Normanforderung wird festgestellt. Ist das Bauteil noch sicher?

 

Wie hoch ist die Zähigkeitsanforderung beim Tieftemperatureinsatz oder für neue Stähle und Schweißverbindungen?

Ausgewählte Beispielprojekte zum Thema Bauteilsicherheit