Bestimmung der Steifigkeiten für den Abzweig eines Stutzens
Eine möglichst genaue Abbildung des Steifigkeitsverhaltens aller in einem Behälter-, Rohrleitungs- oder Heizflächensystem vorhandenen Komponenten ist entscheidend für die Erfassung eines realitätsnahen Verformungs- und Lastabtragungsverhaltens in Festigkeits-, Stabilitäts- und Standsicherheitsnachweisen. Dies gilt ganz besonders für dünnwandige Systeme.
Weitere Informationen zur Berechnung von Steifigkeits- und Flexibilitätsmatrizen.
Besonders interessant wird die Bestimmung der Steifigkeitsmatrizen für Behältermäntel die aus gasdicht verschweißten Rohr-Steg-Rohr-Verbindungen bestehen. Für einen für Marokko bestimmten waste heat boiler erhielt das IBL den Auftrag für den mehr als 4m großen in eine verrippte aus DN80 Rohren bestehnde zylindrische Membranwand eingeschweißten Gaseintrittstutzen die Steifikgeits- und Flexibilitätsmatrix für den Montagezustand und einen korrodierten Zustand zu ermitteln.
Dafür hat das IBL zunächst mit einem Submodell für die Rohr-Steg-Rohrverbindung die Eigenschaften einer vergleichbaren aus drei Lagen bestehenden orthotropen Platte ermittelt. Und anschließend ein aus mehr als 40.000 3D-Schalenelementen höherer Ordnung bestehendes FE-Modell mit mehr als 40.000 Knoten erstellt. Mit diesem Modell wurden dann unter Verwendung normierter Einheitslasten Verformungen bestimmt und aus diesen die Steifgkeits- und Flexibilitätsmatrix ermittelt. Dabei erwies sich die Bestimmung geeigneter Einheitslasten als unerwartete Herausforderung. Um überhaupt Verformungen zu erhalten die eine ausreichende Genauigkeit der Steifigkeiten ermöglichten wurden iterativ die Einheitslasten erhöht. Die für die bestimmung notwendigen Lasten erreichten Größenordnungen die die Erwartungen der Ingenieure des IBL doch deutlich überschritten. Etwas überrascht waren die Strukturmechaniker auch von dem unerwartet hohen Einfluss der eigentlich relativ geringen Korrosionszuschläge auf die Steifigkeiten. So reduzierte sich die Steifigkeit des korrodierten Stutzen in Abhangigkeit von der Einheitslast um ca. 15% bis ca. 25%.