Querbelastete Stumpfstöße als kritisches Kerbdetail bei Stahlrohrtürmen und Monopiles

Abstract

Immer größere Abmessungen stellen die gesamte Wertschöpfungskette der Windindustrie vor große Herausforderungen. Eine effiziente Fertigung wird für die Unternehmen immer wichtiger, um dem steigenden Kostendruck standzuhalten und auch auf dem internationalen Markt konkurrenzfähig zu bleiben. Im schweren Stahlbau ist das Schweißen die am weitesten verbreitete Fügetechnik. Durch den Einsatz neuartiger Hochleistungsfügeverfahren sollen zukünftig die Lagenanzahl und die Durchlaufzeit in der Fertigung verringert werden. Für diese alternativen Verbindungen ist nachzuweisen, dass die mechanisch‐technologischen Nahteigenschaften vergleichbar oder sogar besser sind. In diesem Beitrag liegt der Fokus insbesondere auf einer Beurteilung der Ermüdungsfestigkeit. Dabei werden sowohl konventionell Unterpulver (UP)‐geschweißte Stumpfstöße als auch Verbindungen, gefügt mit einer Verfahrenskombination aus UP‐ und Elektronenstrahlschweißen an Atmosphäre, experimentell und analytisch untersucht. Motiviert durch die Frage nach einer optimierten Ermüdungsbemessung mit Berücksichtigung lokaler Nahteigenschaften wurde die Nahtgeometrie aller Schwingproben zunächst vermessen. Um eine allgemeine Vergleichbarkeit dieser Messungen zu gewährleisten, werden Standards für diese Messaufgabe und die anschließende Aufbereitung der Daten vorgeschlagen. Die gemessenen Profile wurden in FE‐Modelle überführt und elastische Kerbfaktoren ermittelt. Bei ausreichender Profilanzahl entlang der Naht kann der spätere Anrissort eindeutig prognostiziert werden. Die statistische Auswertung der Kerbfaktoren in Kombination mit den Schwingversuchen zeigt abschließend einen direkten Zusammenhang zwischen geometrischer Kerbwirkung und Lebensdauer.

Automatisierte Schweißnahtnachbehandlung für Offshore‐Windenergieanlagen

“…Die Untersuchungen wurden an einem normalfesten Stahl mit der Güte S355MLO durchgeführt. Bisherige Studien zu den höherfrequenten Hämmerverfahren [6, 28, 29, 40] haben gezeigt, dass der positive Einfluss der Nachbehandlungsmethode auf die Ermüdungsfestigkeit mit einer höheren Streckgrenze zunimmt. Daher bietet eine automatisierte Nachbehandlung von Stumpfnahtstößen aus hochfestem Stahl großes Potenzial, schlankere Tragstrukturen zu ermöglichen.…”

Development and challenges of support structures for offshore wind turbines

“…The fatigue strength of the extremely thick plates (Figure 7) represents a particular challenge. Current research is investigating their behaviour under fatigue loading, whereby new welding methods and weld seam post-treatment processes are being tested [13]. The measured weld profiles were prepared for FE-simulations of the theoretical notch factor K t .…”

Improvements in the fatigue design of support structures for offshore wind turbines

“…8, poses a particular challenge. Recent research investigated the behaviour under fatigue loading and tested new welding methods and postweld treatment processes for the butt welds of monopiles [15]. Owing to the further development of laser-based and optical scanning methods, the field of reverse engineering is increasingly gaining attention in numerical fatigue assessment, which also includes a further enhancement of the fatigue analysis approaches [17].…”