Berücksichtigung der lokalen Kerbwirkung

Beim Kerbspannungskonzept (KSK) werden für den versagenskritischen Anrissort die im Kerbgrund örtlich vorliegenden elastischen Spannungen zur Beurteilung der Ermüdungssicherheit zu Grunde gelegt und örtlich ertragbaren Spannungen gegenüberstellt. Im Gegensatz zum Nennspannungs- und Strukturspannungskonzept werden hierbei die Spannungsspitzen infolge der Nahtgeometrie erfasst und durch die so genannte Kerbspannung auf der Beanspruchungsseite berücksichtigt. Die Geometriewerte und der Werkstoffzustand müssen daher auch in der Umgebung der versagenskritischen Stelle vollständig beschreibbar sein. Eine analytische Ermittlung der Kerbspannungen ist dabei im Allgemeinen nur für einfache Geometrieformen möglich. Im Regelfall werden die Kerbspannungen mit Hilfe von Finite-Element-Methoden (FEM) ermittelt.

 

FE-Modell zur Ermittlung der Kerbspannungen an den Nahtübergängen einer Stumpfnaht
FE-Modell zur Ermittlung der Kerbspannungen an den Nahtübergängen einer Stumpfnaht

Fiktiver Kerbradius und lokale Kerbfallklasse

Netzverfeinerung an den Nahtübergängen mit fiktivem Kerbradius
Netzverfeinerung an den Nahtübergängen mit fiktivem Kerbradius

Die Anfänge des Kerbspannungskonzepts gehen auf RADAJ zurück und beziehen sich auf die Dauerfestigkeit, da dort näherungsweise rein elastische Spannungen im Kerbgrund auftreten. Der reale Radius der Kerbe wird dabei fiktiv in Abhängigkeit vom Werkstoff und der Festigkeitshypothese ausgerundet, da örtliche Spannungen im Kerbgrund nicht in voller Höhe auf die Ermüdungsfestigkeit wirksam sind (Mikrostützwirkung). Die mit diesem fiktiven Radius ermittelten Spannungen werden dann direkt der Dauerfestigkeit des Grundwerkstoffs gegenübergestellt. Die Verallgemeinerung im Zeitfestigkeitsbereich erfolgte durch SEEGER, indem die Kennwerte und Funktionen des Nennspannungskonzepts auf das Kerbspannungskonzept übertragen wurden. Die damit berechneten Kerbspannungen werden Kerbspannungs-WÖHLER-Linien gegenübergestellt. Vorhandene Streuungen, z.B. bei einer Schweißnaht infolge Nahtgeometrie, Rauigkeit, Nahtfehlern, Eigenspannungen und Werkstofffestigkeiten sind in den WÖHLER-Linien enthalten. Als Empfehlung ist für diese Kerbspannungs-WÖHLER-Linie vom IIW ein charakteristischer Widerstandswert von 225 MPa (FAT225) angegeben.