Das Strukturspannungskonzept für Hot Spots

Örtliche Spannungsspitzen an Hot-Spots (z.B. am Schweißnahtfußpunkt eines Strebenanschlusses)
Örtliche Spannungsspitzen an Hot-Spots (z.B. am Schweißnahtfußpunkt eines Strebenanschlusses)

Das Strukturspannungskonzept (SSK) stellt eine Erweiterung des Nennspannungskonzepts dar. Es findet bei komplexen Geometrieformen Anwendung, bei denen die Nennspannungen nicht mehr nach der elementaren Festigkeitslehre bestimmt werden können. Insbesondere bei geschweißten Hohlprofilkonstruktionen erweist sich das Strukturspannungskonzept von Vorteil, welches auf einen Ansatz nach HAIBACH zurückgeht. Es erfasst die Spannungserhöhungen infolge der Bauteilstruktur im Schweißnahtfußpunkt rechnerisch, indem eine fiktive Strukturspannung an der kritischen Stelle (auch Hot-Spot genannt) bestimmt wird.

 

Die Ermittlung der Strukturspannung sS erfolgt durch Messung oder Berechnung von Spannungen in festgelegten Abständen zum Schweißnahtfußpunkt, die anschließend zum Schweißnahtfußpunkt linear oder quadratisch extrapoliert werden. In der fiktiven Strukturspannung sind Spannungserhöhungen aus der Geometrie der Konstruktion (strukturelle Diskontinuitäten) enthalten. Allerdings werden örtliche Spannungseffekte infolge der Nahtgeometrie nicht erfasst.

Die rechte Abbildung zeigt die Definition der Strukturspannung im Vergleich zur Nennspannung und zur örtlichen Kerbspannung am Beispiel eines Strebenanschlusses. Für das jeweils zu betrachtende Kerbdetail wird in der Regel ein Spannungskonzentrationsfaktor (SCF) in Abhängigkeit von der Belastungsart (Axialdruck, Biegung in der Ebene, Biegung aus der Ebene) angegeben, der das Verhältnis zwischen Strukturspannung und Nennspannung beschreibt. Die Bewertung der Ermüdungsfestigkeit erfolgt anschließend durch einen Vergleich der vorhandenen Strukturspannung mit Strukturspannungswöhlerlinien.