Versuchsaufbau in der Prüfhalle der BAM zur Untersuchung der Ermüdungsfestigkeit der Schweißnähte auf Bauteilebene im 4-Punkt-Biegeversuch.
Quelle: BAM
Windenergieanlagen sind im Laufe ihres Lebens einer sehr hohen Anzahl an Belastungszyklen infolge Wind sowie Rotation des Rotors ausgesetzt. Dies führt zu einer hohen zyklischen Beanspruchung der gesamten Tragstruktur der Windenergieanlage. Daher kommt dem Nachweis der Ermüdungsfestigkeit der Tragstruktur eine bedeutende Rolle zu. Bei den Tragstrukturen der Windenergieanlagen handelt es sich in aller Regel um geschweißte Stahlstrukturen.
Die Schweißverbindung in Form einer Stumpfnaht ist dabei die gebräuchlichste Form der Schweißverbindung in den Tragstrukturen von Windenergieanlagen.
Im Rahmen der Bemessung dieser Strukturen wird üblicherweise das Nennspannungskonzept für den Nachweis der Ermüdungsfestigkeit verwendet. Hierfür werden im Eurocode 3 Teil 1-9 für die einzelnen Schweißdetails entsprechende Kerbfallklassen definiert.
Der Artikel befasst sich mit den verschiedenen aktuellen Bemessungsansätzen für die Ermüdungsfestigkeit des Schweißdetails Stumpfnaht. Zudem werden aktuelle experimentelle Ergebnisse von Ermüdungsversuchen an Kleinproben sowie an ganzen Bauteilen mit Stumpfnähten präsentiert. Anhand dieser Ergebnisse wird die Gültigkeit der entsprechenden Kerbfallklassen diskutiert. Zusätzlich wurden numerische Simulationen für einen Vergleich mit dem Kerbspannungskonzept sowie der Methode der Bruchmechanik vorgenommen. Um dies zu ermöglichen, wurden Scans der Nahtgeometrie verwendet, um eine realistische Betrachtung des Kerbeffektes in den Simulationen zu gewährleisten. Auf Grundlage der Vergleiche zwischen numerischen und experimentellen Ergebnissen konnte schließlich der Einfluss der Nahtgeometrie auf die Ermüdungsfestigkeit herausgearbeitet werden. Außerdem war es möglich eine Prognose der Ermüdungsfestigkeit für Stumpfnähte mit Blechdicken bis zu 80 mm vorzunehmen.
Evaluation of the fatigue resistance of butt welded joints in towers of wind turbines — a comparison of experimental studies with small scale and component tests as well as numerical based approaches with local concepts
Ralf Glienke, Florian Kalkowsky, Adolf F. Hobbacher, Alexander Holch, Marc Thiele, Frithjof Marten, R. Kersten, Knuth-Micheal Henkel
Veröffentlicht in Welding in the World (2024), Seiten 1 - 26