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Dauerfestigkeitsberechnung: ISACAEP

Für den Festigkeitsnachweis großer Baugruppen wie z. B. Wagenkästen oder Fahrzeugrahmen von Schienenfahrzeugen sind nicht selten über tausend Verbindungsstellen auszuwerten. Die von der ISATEC entwickelte Software ISACAEP nimmt dem Anwender einen Großteil dieser Arbeit ab und unterstützt ihn während des gesamten Berechnungsprozesses von der Modelldefinition über die Auswertung bis hin zur Dokumentation. Das Programm wurde so konzipiert, dass eine schnelle Vorbewertung mit konservativen Annahmen bei gleichzeitig hoher Ausnutzung der zulässigen Grenzwerte möglich ist. Andererseits hat der Anwender die Möglichkeit, eine Bewertung mit individuellen Vorgaben durchzuführen. Die Ergebnisse werden einheitlich und nachvollziehbar durch ISACAEP dokumentiert.

Das Programm basiert auf der Finite Elemente Software ANSYS® und arbeitet in folgenden Schritten:

Automatische Erkennung von Schweißnähten und Vergabe einer aussagekräftigen Nummerierung

ISACAEP erkennt innerhalb eines FE-Modells sämtliche Verbindungsstellen einer Konstruktion. Jeder Verbindungstelle wird ein eindeutiger Name gegeben, der auch über Modellvarianten hinweg beibehalten wird.

Auflistung aller Schweißverbindungen in Form einer Excel-Tabelle (Nahtliste) sowie bildlicher Darstellung

ISACAEP stellt eine einfache Vorgehensweise zur Festlegung der Kerbfallklassen zur Verfügung. Hierzu werden alle Verbindungsstellen und deren Bewertungsparameter von ISACAEP in einer Excel-Tabelle zusammengestellt. Die Bewertungsparameter wie Nahttyp, Layout und Durchschweißung zusammen mit dem geplanten Nahtquerschnitt können in dieser Tabelle unabhängig von ANSYS bearbeitet werden. Zusammen mit den automatisch erzeugten Nahtbildern wird es somit auch dem Konstrukteur ermöglicht, die Definition der Nahtparameter vorzunehmen.

Automatische Zuordnung der Kerbfallklassen zu den Schweißnähten gemäß DVS Richtlinie

Die für die Bewertung angesetzten Parameter wie Kerbfallklassen, Abminderungsfaktoren und rechnerische Nahtquerschnitte werden auf Basis der Bauteilkataloge der DVS-Richtlinie automatisch vergeben. Alternativ können diese Parameter aber auch explizit gesetzt werden.

Bewertung aller Nähte

Für jede Schweißnaht wertet ISACAEP die berechneten Lastfälle aus und bestimmt anhand der Nahtparameter und der lokalen Beanspruchung die Auslastungen der Nahtfestigkeit. Für Schweißnähte mit einer hohen Beanspruchung werden weitere Detailbewertungen durchgeführt (Pfadauswertung zur Einschätzung von lokalen Spannungsspitzen).

Dokumentation

Die Schweißnahtdefinitionen und die Auslastungen aller Bewertungsergebnisse mit einer Auslastung oberhalb eines frei definierbaren Schwellwertes werden übersichtlich in jeweils einem Ergebnisplot pro Naht dokumentiert.