BehälterBerechnungenCalculationErmüdungsanalysefatigue analysisPressure VesselPVP-Software

Exemplarische Ermüdungsanalyse für einen unverschwächten, dickwandigen Zylinder unter zeitlich veränderlicher thermischer Belastung

ausgeführt mit den auf www.pvp-software.de verfügbaren ONLINE-Programmen

Die vereinfachten Berechnungen zur Ermittlung zulässiger An- und Abfahrgeschwindigkeiten für dickwandige, druckführende Bauteile nach TRD 301 Anlage 1 und EN 12952 basieren auf den analytischen Lösungen für die instationären Wärmespannungen in dickwandigen, einschichtigen Zylindern und Kugeln unter linear ansteigenden (Metall-) Temperaturen an der Zylinder-/ Kugelinnenseite.

Die Einflüsse

  • der Wärmeübergangsbedingungen (z.B. Konvektion),
  • der Temperaturabhängigkeit der physikalischen Werkstoffeigenschaften,
  • mehrschichtiger Wände und
  • abschnittsweise variierender Aufheiz-/Abkühlgeschwindigkeiten oder anderer nichtlinearer thermischer Belastung

können nicht berücksichtigt werden.

Daher hat die Lau Engineering Solutions GmbH auf Basis der Differentialgleichungen für die instationäre Wärmeleitung in dickwandigen Zylindern ein Programm entwickelt, dass es gestattet die Temperatur- und Wärmspannungsverteilung in der Zylinder-/Kugelwand auch für o.g. Einflussfaktoren abzuschätzen.

Da zusätzlich die maximale Vergleichsspannungsschwingbreite ausgewiesen wird, besteht die Möglichkeit, die Berechnungsergebnisse auch für abschätzende Ermüdungsanalysen zur Abschätzung zulässiger Lastwechselzahlen nach AD 2000 –Merkblatt S2, EN 13445, ASME VIII/2 o.ä. Regelwerken abzuschätzen.

Dafür stehen unter www.pvp-software.de diverse Online-Tools für diese Analysen zur Verfügung.

Exemplarisch wird für den spezifizierten Berechnungszyklus eine Ermüdungsanalyse nach AD 2000 Merkblatt vorgenommen. Die mit der PVP-Software ermittelten Lastwechselzahlen werden mit dem zertifizierten Programm des TÜV-Nord verglichen.

Ermüdungsanalyse für Musterzyklus 01

Ermittlung des zeitlichen Verlaufes der Temperaturen und Spannungskomponenten in einem Zylinder mit PVP Thermo – Mechanic Axi Pro

Fig. 01: Graphische Darstellung des zeitlichen Verlaufes der Temperaturen und Spannungskomponenten an der Zylinderinnenseite (Layer1 left, siehe auch Daten in Exceltabelle)

Fig. 02/03: Graphische und tabellarische Darstellung des Temperaturverlaufes durch die Zylinderwand zu zwei Zeitpunkten

Fig. 04: Graphische Darstellung des zeitlichen Verlaufes der Vergleichsspannungen (entnommen aus Exceltabelle)

Fig. 05: Maximale Vergleichsspannungsschwingbreite und zugehörige Spannungskomponenten für den Zeitpunkt 1

Fig. 06: Maximale Vergleichsspannungsschwingbreite und zugehörige Spannungskomponenten für den Zeitpunkt 2

Fig. 07: Bestimmung der nach AD2000 S2 (EN13445-3 oder ASME VIII/2) zulässigen Lastwechselzahl

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