Numerische Simulation von Vorspannkraftverlusten in Ringflanschverbindungen

Abstract

Die Betriebsbeanspruchung von Schrauben in Ringflanschverbindungen zur Verbindung von Tragstruktursektionen von Windenergieanlagen wird maßgeblich durch die vorhandene Pressung in der Flanschkontaktfuge beeinflusst, welche durch die eingebrachte Schraubenvorspannkraft erzielt wird. Unter den vorliegenden Belastungen im laufenden Betrieb der Anlage besteht die Möglichkeit, dass durch Plastifizierung im Flansch oder in der Schraube Vorspannkraft verloren geht. In diesem Beitrag wird anhand eines praxisnahen Beispiels gezeigt, ob und – wenn ja – in welcher Größenordnung Vorspannkraftverluste zu erwarten sind und durch welche Einflussfaktoren diese maßgeblich bestimmt werden. Hierzu werden verschiedene Last‐ und Vorspannkraftniveaus sowie unterschiedliche Imperfektionen in Form von Parallelklaffungen untersucht. Auf Basis der durchgeführten numerischen Untersuchungen kann festgehalten werden, dass Vorspannkraftverluste nur in geringer Höhe auftreten und eine hohe Vorspannkraft sich stets positiv auswirkt, auch wenn sich dadurch erste Plastifizierungseffekte schon auf einem niedrigeren Lastniveau einstellen.

Influence of flange dimensions and geometrical imperfections on stress concentrations at welded flange necks

“…As a second example, the flange geometry as published by Schwedler et al [5], which was also used for the investigations in [6], is calculated. The stress transfer function is substantially more non‐linear (Fig.…”

“…2, lower part), and an SCF of ~ 1.4 is found for the max. nominal stress for fatigue load cases of ~ 92 MPa [6]. Next to the results from the analytical model as proposed in [1], results from a 3D FEA model are also plotted.…”

“…In this paper, the allowable gap size is assumed to be identical to the flatness deviation of the single flange, as it is not likely that flanges are combined such that individual deviations add up linearly. Further explanation on this assumption can be found in [6].…”

“…Local stresses at the weld location are extracted from the same set of simulations as presented in [6]. The model is therefore not discussed in detail here.…”

Zur Ermüdungsfestigkeit großer Schrauben im Stahlbau unter Berücksichtigung von Herstell‐ und Randschichteinflüssen – Teil 1: Bisheriger Kenntnisstand

“…Dies zeigt sich auch bei der Ringflanschbemessung. Während vor einigen Jahren für die Flansche im Regelfall die Extremlasten maßgebend waren, so sind heutzutage immer mehr Ringflanschverbindungen betriebslastdimensioniert [3]. Insbesondere die unteren Flansche, bei denen große Schraubendurchmesser zum Einsatz kommen, sind hiervon betroffen.…”