Schweißeigenspannungen 2
Aus ESOCAETWIKIPLUS
Variante 1: Elastisches lineares konstantes Material
Hier wird als Variante 1 zunächst mit dem einfachsten Fall begonnen. Als Materialdaten wird hier ein Elastizitätsmodul und ein Wärmeausdehnungskoeffizient zugrunde gelegt. Beide Materialwerte werden hier als konstant angenommen, also nicht von der Temperatur abhängig.
Der Elastizitätsmodul stellt die Beziehnung zwischen der Dehnung und der Spannung her, das Diagramm hier rechts zeigt diese Beziehung als relativ steil verlaufende Gerade.
Der Wärmeausdehnungskoeffizient beschreibt, welche Dehnung bei zunehmender Temperatur auftritt. In diesem Beispiel, das eine seitlich eingespannte Probe darstellt, sollte besser gesagt werden "..welche Dehnung bei zunehmender Temperatur aufträte, wenn nicht andere Einflüsse wie Einspannungen diese wieder aufheben." Hier haben wir es mit thermischen Dehnungen zu tun, die durch das Aufheizen auftreten, die aber wieder aufgehoben werden durch Dehnungen (Druckdehnungen, die das Bauteil wieder verkürzen) aufgrund der Einspannung. Diese Druckdehnungen, die das Bauteil wieder verkürzen, führen (über den Elastizitätsmodul) zu Druck-Spannungen.
Mit diesen Eigenschaften ergibt ein Erwärmen der Probe eine thermisch induzierte Dehnung, Durch die seitliche Festhaltung kann sich aber keine Längung einstellen, es tritt eine Zwängung und eine Druckspannung auf. In diesem Zustand gibt es
- zwar keine Längenänderung (wegen der seitlichen Auflager) und damit keine Gesamtdehnung,
- aber eine thermische Dehnung und
- eine gleich große, aber negative, mit der Druckspannung korrespondierende Dehnung.
Mehr Erwärmung führt stetig zu mehr Spannung. Das Ergebnis ist ein Verlauf der Spannung, der linear abhängig ist von der aktuellen Temperatur. Dadurch, dass beide Materialwerte (der Elastizitätsmodul und der Wärmeausdehnungskoeffizient) als konstant, also nicht von der Temperatur abhängig, angenommen wurden, ist in der Simulation eine unendliche Steigerung der Temperaturen, (Dehnungen und) Spannungen denkbar. Der Kurvenverlauf ist hier auf einen Ausschnitt beschränkt.
Zum Vergleich ist hier rechts nochmal der Verlauf aus der zugrundegelegten Veröffentlichung dargestellt. Das Ergebnis von dieser Variante 1 entspricht dem linearen nach unten gerichteten Anfang des Kurvenverlaufes bis zu dem Abknickpunkt bei etwa Temperatur 100° und Spannung -350 N/mm2.
