Entwicklung eines wirtschaftlichen Konzepts zur statischen Bemessung nicht durchgeschweißter Nähte in der Finite-Element-Analyse unter Ansatz eines elastisch-plastischen Materialmodells

Die Finite-Elemente-Analyse (FEA) gewinnt in der Bemessung von Stahlbauanschlüssen zunehmend an Bedeutung. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Schweißnahtbemessung durch ein realistisches elastisch-plastisches Materialmodell zu verbessern. Durch die Bestimmung der Materialkennwerte der Schweißnaht und eine praxisnahe Geometriemodellierung lassen sich nicht nur die Tragfähigkeit von Schweißkonstruktionen optimieren, sondern auch der Modellierungsaufwand reduzieren. Das Ergebnis liefert deutliche Fortschritte in der Wirtschaftlichkeit der plastischen Bemessung von Schweißnähten.

`Projektbezeichnung`	Entwicklung eines wirtschaftlichen Konzepts zur statischen Bemessung nicht durchgeschweißter Nähte in der Finite-Element-Analyse unter Ansatz eines elastisch-plastischen Materialmodells
Akronym	FEA-Schweißnaht
Projektpartner	Technische Universität Darmstadt, Institut für Stahlbau und Werkstoffmechanik, Fachgebiet Stahlbau
Laufzeit	vom 1.7.2025 bis 30.6.2027
Fördergeber	DLR
Forschungsfeld	M+M (E+E > Energy + Environment, I+I > Information + Intelligence M+M > Matter + Materials)
Projektinhalt	Die Bemessung von Stahlbauanschlüssen mittels Finite-Element-Analyse (FEA) ist heute gängige Praxis. Im Fokus der Tragwerksplanung steht die FE-Modellierung und Auswertung der numerischen Ergebnisse. Mit dem Normentwurf prEN 1993-1-14 sollen Anwendungsregeln für die FEA im Stahlbau definiert werden, die statische Schweißnahtbemessung wird jedoch nicht geregelt. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, ein wirtschaftliches Bemessungskonzept für nicht durchgeschweißte Nähte in der FEA mit einem Geometrie- und Materialmodell sowie einem abgestimmten Nachweisverfahren zu entwickeln. Das Materialverhalten wird anhand von Zugversuchen, Mikroschliffaufnahmen und Härtemessungen an geschweißten Probekörpern analysiert. Aus den experimentellen Ergebnissen werden Materialkennwerte für den Schweißnahtbereich und ein Begrenzungskriterium der plastischen Dehnungen in der FEA abgeleitet. Zur Validierung der FE-Ergebnisse werden Bauteilversuche an praxistypischen Schweißkonstruktionen durchgeführt. Die angestrebten Forschungsergebnisse werden insbesondere für die kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) in den Wirtschaftszweigen „Hochbau“ und „Metallerzeugung und –bearbeitung“ Fortschritte erbringen. So wird der Modellierungsaufwand in der FEA für die Planungsbüros durch die Vorgabe einfacher Geometrie- und Materialparameter stark verringert, was eine hohe Zeit- und Kostersparnis zur Folge hat. Durch das elastisch-plastische Materialmodell wird zudem die Schweißnahttragfähigkeit optimal aktiviert und die rechnerisch erforderlichen Schweißnahtdicken verringern sich. Weniger Schweißnahtlagen bedeuten für die Fertigungsunternehmen einen deutlich geringeren Schweißaufwand und die Fertigungskosten sinken maßgeblich. Neben der gesteigerten Wirtschaftlichkeit trägt das Konzept auch zur Nachhaltigkeit im Bauwesen bei. So können z. B. alte Brückenkonstruktionen trotz höherer Belastung durch die genaueren Berechnungsmethoden nachgewiesen und erhalten werden.