ARCHEF
LABORATORIUM VOOR
SCHEEPSCONSTRUCTI ES
TECHNISCHE HOGESCHOOL
- DELFT
RAPPORT Nr.
SSL 139
BETREFFENDE:
Erwgungen beziiglich eines Versuchs-. programms zur Bestimmung dei'
Zeit-festigkeit von Konstruktionen aus
I
SSL 139
Erwägungen bezg1ich eines Versuchaprogramma zur Bestimmung der
Zeitfestigkeit von Konstruktionen aus hochfestem Stahl.
Bei der Verwendung von hochfesten Stahlen im Schiffbau ist
es oft
nicht mg1ich die auf Grund der hohen Festigkeit beabsichtigten
Gewichtseraparu.ngen auch tatsichlich zu realisieren.
Die bekannteste Ursache ist dass das Elastizittsmodul der hochfesten
Sthle nicht grösser ist als das der normalen Sthle. Dies hat wichtige
Folgen fur die Beulfestigkeit, die mittragenden Plattènbreiten und die
Grasse von Durchbiegungen
von Platten, Versteifungen und von dem
ge-samten Schiffskrper. Weniger erkannt Ist dass auch die Festigkeit
gegen Wecheelbeanapruchungen verhltnismssig nicht oder nicht viel
besser Ist fur hochfesten Stahl. Dies trifft zwar nur
zu fur geschweisste
oder brenngeschnittene Proben in den sich Kerben befinden, aber
gerade
dadurch gilt die Aufmerkung besonders fur Schiffeelementen.
Hinsichtlich der Ermiidung von Schiffen gibt es noch viele Fragen1
wovonvielleicht die Wichtigsten Folgenden sind:
le
ist die Belastung der Schiffe am Meer so schwer dass es ilberhaupt
Gefahr fur Ermiidung gibt.
2e
Gilt der oben gegebene Ausspruch iiber die verhltnisrnssig schlechte
Ermiidungsfestigkeit von hochfestem Stahl durchaus oder
nur in
be-stimmten Fallen.
3e
Ist es möglich die Ermuidungsfestigkelt durch geeignete konstruktiven
oder schweisstechnièchen Massnahmen erheblich zu erhöhen.
ecli
Es Ist wahrscheinlich dass Schiffe.aus normalem Stahl dicht an
der Grenze von was aus dem Gesichtspunkt der Ermiidung zulssig
betrachtet wird, sitzen [ii. (Dies gilt besonders fur Schiffe
die ziemlich konventionell konstruiert worden sind.) Ea ist also
wichtig zu wissen ob man durch leichter konstruieren mit
hoch-festen Stahlen die Grenze nicht iiberschreiten will. Unbedingt
nitig sind dazu Priifergebnisse die eine Vergleichung
zwischen
normalen Stahl und hochfesten Stahl ermglichen.
ad 2
Es ist miglich dass fur Schiffe mit grossen Glattwassermotnenten
hochfester Stahl Vorteile bietet iiber normalen Stahl.
Kwanti-tative Information gibt es leider sehr wenig, so dass
-2-ad 3 Es Ist zu erwarten dass die Ermiidungsfestigkejt von
Schiffs-teilen erheblich gesteigert werden kann durch geeignetei Mase-nahmen. Es gibt schon viele Information bezüglich der Folge von
schweiastechnjschen Verbesserungen, aber über den Einfluss von
konstruktiven Massnahmen Ist weniger bekannt. Untersuchungen
diesbezüglich sind erwiinscht.
Aus dem Vorhergehenden stellt sich heraus dass Versuche mit geschweiss-ten Konstruktionen ntig sind für dIe Beantwortung der Frage ob in
Schiffen aus hochfestem Stahl Ermiidungsprobleme zu erwarten sind oder nicht.
Die Probestiicke in solch einer Untersuchung müssen im Massstab 1:1
verfertigt sein, weil es unrnglIch Ist die schweisstechnischen Ein-flüsse (Grasse der Schweissfehler, Forme der Schweissraupen, Schweiss-spannungen) genau im Massstab zu verkleinern. Ausserdem ist es
prin-zipiell unmglich um die Scharfe des Ermüdungsrisses in einem verklei-nerten Modell grsser zu machen als in einem Modell im Massstab 1:1. Durch dies ud durch die Tatsache dass auch die Spannungsgradienten am Ende der Rissen nicht hn1ich sind, will die Rissfortpflanzung in beiden Fallen ganz verschieden sein. Hierbei muss man bedenken dass gerade der Widerstand gegen Fortschreiten der Risse in geschweissten Konstruktionen wichtiger ist als der Widerstand gegen Entstehen von Rissen. Der Grund Ist dass für das Entstehen von Rissen verhltnIs-massig wenig Belastungswechsel erfordert sind.
Für eine eindeutige Beantwortung der obenerwhnten Fragen 2 und 3 ist
es ntig Probestiicke zu whlen in denen typische schiffseigenen Kon-struktiondetails untergebracht worden sind. Diese KonKon-struktiondetails sind meistens als geometrische Kerben zu betrachten. Es gibt Innen-kerben, Aussenkerben (Fig. 2,3), Kerben zwischen Elementen die in einer Ebene liegen (Fig.
2,3)
und Kerben zwischen quer auf einander stehenden Elementen (Fig. f,5). Es ist wichtig zu unterscheiden ob daskerbfor-mende Unterteil eine "eigene" Belastung trgt, oder ob es nur die Ver-formungen des belastungtrageriden Hauptelementes aufgeprgt bekommt
(Fig.
2-5,
bzw. i). Die "Scharfe" der geometrischen Kerben wird weiterbestimmt durch die Ecke zwischen den Teilen und das Mass der Abründung.
Für das Untersuchungsprograrnm sind "senkrechte" Kerben gewühlt worden
weil sie
am besten reproduzierbar sind,
-3
haben, [2]
c) sich im Fall der Inrienkerben nicht viel schlechter benommen haben
als die Ausführungen mit abgerundeten Kerben [2].
Es gibt zwei Probetypen, der Eine mit senkrechten Innenkerben zwischen zwei belasteten Elementen und der Andere mit senkrechten Aussenkerben zwischen einem belasteten und einem unbelasteten Element (Fig. 6,7). Diese Wahl ist vorgenommen weil in dieser Weise Proben mit
verhltnis-massIg schlechtem und gutem Ermiidungaverhalten bekommen werden. Die
Ergebnisse wollen dadurch gewisse Gültigkeit für alle dazwischen
gele-genen Typen haben.
Der erste Typ braucht nur in hochfestem Stahl untersucht zu werden
(8
Proben) weil, wie gesagt, schon genug Ergebnisse für St. k2vor-handen sind. Vom zweiten Typ werden 5 Modelle aus St.
k2
und 5 aus hochfestem Stahl gepriift. Jedes Probestück besteht aus zweiIden-tischen Teilen, wodurch tatschlich jedes. Detail bzw. 2 x 8 und 2 x
2 x 5
Mahie vorkommt. Wegen der hohen Kostén soll nur einer Typhoch-featiges Stahies geprüft werden. Es soll ein normalgeglühter Kohlen-stoff-Manganatahi sein der mit wenig kornverfeinertem Niob oder Vanadin versehen ist. Die Zugfestigkeit soll ungefähr 60 Kg/Mm2 betragen damit
ein deutlicher Unterschied zu St.
k2
besteht.Die Belastung der Modelle soll zug-druck sein ( =
-3)
damit daszu erwartende gute Benehmen von hochfestem Stahl unter Belastungen mit einer grossen Zugmitteiwert herauskommen kann.
Die Untersuchungen werden begleitet von Standardversuchen zur Bestimmung
der Zugfestigkeit, Kerbzhijketnd Dauerfestigkedes rèlnen Materials
und dea geschweissten Materials.
Für alle Schweissungen werden kalkbasieche Elektroden verwendet. Alle die Schweissung beeinflussenden Grüssen werden protokolliert.
Wegen des Belanges für die Schiffbau wollen die Modelle verhltnismssig schwer belastet werden damit einer Riss schon zwischen 1000 und 10.000 Belastungswechsel entstehen kann und der Versuch innerhalb 100.000 / Wechsel beendét werden kann.
Referenzen.
[i Nibbering, J.J.W.
"Fatigue of ship structures". Report NSS-TNO no.
55 S (1963)
und I.S.P. 10(1963)
no.. 109.Deift,
5.
August 1968Nibbering, J.J.W. und Van Lint, J. Ir. J.J.W. Nibbering. "Low-cyclé fatigue of steel structures"
Report NSS-TNO no. 82 S
(1966)
undBeilage: Kostenrahmun.
Ermidungsversuche 18 Stuck x 10 Tage x 1000 DM
(600 Tonnen Maschine)
Lohnkosten 160 Tage x DM 130 (Techniker) 180 " x DM 300 (Ingenieure u. Diplom-Ingenieure) Material 18 X 1000 DM (Dehnungsmessstrelfen u..s.w.) Standardversuche Unvorhergesehenes 10% (Schiffsfeetigkeitslaboratorjwn) Gesamt Herstellung Modelle und kleinere Proben
= i80.000 DM = 21.000 DM 5.0QO DM i8.000 DM = 20.000 DM = 29.000 DM 322.000 DM = kO.000 DM 362.000 DM 60% = 217.000 DM
