Advertisement

Strukturverhalten bei veränderlicher Belastung

  • Hartwig Hübel
Chapter

Zusammenfassung

Da die im Rahmen dieses Buches zu entwickelnde Vereinfachte Fließzonentheorie vor allem für die Anwendung auf Tragwerke von Nutzen ist, die infolge veränderlicher Belastung überelastisch beansprucht werden, wird in diesem Kapitel auf einige Phänomene des Strukturverhaltens eingegangen, die für die Lebensdauer eines Tragwerks von Bedeutung sind, wie örtliche und direktionale Spannungsumlagerung. Besonderes Gewicht wird auf die Phänomene Ratcheting sowie elastisches und plastisches Einspielen gelegt. Hierfür wird die Rolle kinematischer Verfestigung heraus gestellt. Anhand einiger Beispiele werden unterschiedliche Ursachen aufgezeigt, die zur Entwicklung eines Ratcheting-Mechanismus‘ führen.

Nach Einführung des Begriffes Restspannung werden Berechnungsmethoden diskutiert, die entweder zu Lastfaktoren für das Einspielen eines Tragwerks führen oder die für eine regelwerkskonforme Lebensdauerberechnung benötigten Größen lokaler Dehnschwingbreiten und die infolge eines Ratcheting-Mechanismus‘ lokal akkumulierten Verzerrungen im Einspielzustand liefern.

Literatur

  1. 1.
    Miller, D.R.: Thermal-stress ratchet mechanism in pressure vessels. ASME J. Basic Engineering 81, 190–196 (1959)Google Scholar
  2. 2.
    Mulcahy, T.M.: An Assessment of Kinematic Hardening Thermal Ratcheting. Transactions of the ASME, Journal of Engineering Materials and Technology 96(3), 214–221 (1974)Google Scholar
  3. 3.
    Jiang, W., Leckie, F.A.: A Direct Method for the Shakedown Analysis of Structures Under Sustained and Cyclic Loads. Journal of Applied Mechanics 59, 251–260 (1992)CrossRefzbMATHGoogle Scholar
  4. 4.
    Ponter, A.R.S.: Shakedown and ratchetting below the creep range, CEC Report EUR8702 EN. European Commission, Brussels (1983)Google Scholar
  5. 5.
    ANSYS Release 14.5, ANSYS Inc. Canonsburg, USA (2012)Google Scholar
  6. 6.
    Owen, R.J., Prakash, A., Zienkiewicz, O.C.: Finite Element Analysis of Non-Linear Composite Materials by Use of Overlay Sytems, Computers and Structures. Pergamon Press 4, 1251–1267 (1974)Google Scholar
  7. 7.
    Wolters, J., Majumdar, S.: A three-bar Model for Ratcheting of Fusion Reactor First Wall. Argonne National Laboratory, Argonne, Illinois (1994). DecemberGoogle Scholar
  8. 8.
    Hübel, H.: Basic conditions for material and structural ratcheting. Nuclear Engineering and Design 162, 55–65 (1996)CrossRefGoogle Scholar
  9. 9.
    Sicherheitstechnische Regel des KTA, KTA 3201.2. Komponenten des Primärkreises von Leichtwasserreaktoren, Teil 2: Auslegung, Konstruktion und Berechnung. Fassung 6/96 (enthält Berichtigung aus BAnz. Nr. 129 vom 13.07.00). KTA Geschäftsstelle c/o Bundesamt für Strahlenschutz, Salzgitter (2000)Google Scholar
  10. 10.
    Bree, J.: Elastic-plastic behaviour of thin tubes subjected to internal pressure and intermittent high-heat fluxes with application to fast-nuclear-reactor fuel elements. J. Strain Analysis 2(3), 226–238 (1967)CrossRefGoogle Scholar
  11. 11.
    Hill, R.: The Mathematical Theory of Plasticity. Oxford University Press, London, S. 292–294 (1950)zbMATHGoogle Scholar
  12. 12.
    Sartory, W.K.: Structural Design for Elevated Temperature Environments – Creep, Ratchet, Fatigue, and Fracture Effect of peak thermal strain on simplified ratchetting analysis procedures, ASME Proceedings, PVP, Bd. 163., S. 31–38 (1989)Google Scholar
  13. 13.
    Burth, K., Brocks, W.: Plastizität: Grundlagen und Anwendungen für Ingenieure. Vieweg, Braunscheig/Wiesbaden (1992)Google Scholar
  14. 14.
    Kindmann, R., Frickel, J.: Elastische und plastische Querschnittstragfähigkeit. Ernst & Sohn, Berlin (2002)Google Scholar
  15. 15.
    Hübel, H.: Bemerkungen zur Ausnutzung plastischer Querschnitts- und Systemreserven. STAHLBAU 72(12), 844–852 (2003)CrossRefGoogle Scholar
  16. 16.
    Sawczuk, A.: Shakedown Analysis of Elastic-Plastic Structures. Nuclear Engineering and Design 28, 121–136 (1974)CrossRefGoogle Scholar
  17. 17.
    Hübel, H.: Plastische Dehnungserhöhungsfaktoren in Regelwerken und Vorschlag zur Etablierung angemessenerer Faktoren. Gesamthochschule Kassel, Institut für Mechanik, Mitteilung Nr. 4 (Dissertation) (1985)Google Scholar
  18. 18.
    Haibach, E.: Betriebsfestigkeit, Verfahren und Daten zur Bauteilberechnung. Springer, Berlin/Heidelberg (2006)Google Scholar
  19. 19.
    Neuber, H.: Theory of stress concentration for shear strained prismatical bodies with arbitrary, nonlinear stress-strain law. Transactions of the ASME, Journal of Applied Mechanics 28(4), 544–550 (1961)Google Scholar
  20. 20.
    Roche, R.L.: Practical procedure for stress classification. Int. J. Pres. Ves. & Piping 37, 27–44 (1989)CrossRefGoogle Scholar
  21. 21.
    Seshadri, R.: The Generalized Local Stress Strain (GLOSS) Analysis – Theory and Applications. Transactions of the ASME, Journal of Pressure Vessel Technology 113, 219–227 (1991)CrossRefGoogle Scholar
  22. 22.
    Rust, W.: Nichtlineare Finite-Elemente-Berechnungen. Vieweg + Teubner, Wiesbaden (2009)CrossRefGoogle Scholar
  23. 23.
    Kalnins, A.: Fatigue Analysis of Pressure Vessels with Twice-Yield Plastic FEA. ASME PVP 419, 43–52 (2001)Google Scholar
  24. 24.
    Hübel, H., et al.: Performance study of the simplified theory of plastic zones and the Twice-Yield method for the fatigue check. International Journal of Pressure Vessels and Piping 116, 10–19 (2014). http://dx.doi.org/10.1016/j.ijpvp.2014.01.003
  25. 25.
    Heitzer, M., Staat, M.: FEM-computation of load carrying capacity of highly loaded passive components by direct methods. Nuclear Engineering and Design 193, 349–358 (1999)CrossRefGoogle Scholar
  26. 26.
    Staat, M., Heitzer, M.: LISA – a European project for FEM-based limit and shakedown analysis. Nuclear Engineering and Design 206, 151–166 (2001). http://dx.doi.org/10.1016/S0029-5493(00)00415-5
  27. 27.
    Ponter, A.R.S., Karadeniz, S., Carter, K.F.: The computation of shakedown limits for structural components subjected to variable thermal loading – Brussels diagrams, CEC Report EUR 12686 EN. European Commission, Brüssel (1990)Google Scholar
  28. 28.
    König, J.A., Maier, G.: Shakedown Analysis of Elastoplastic Structures: A Review of Recent Developments. Nuclear Engineering and Design 66, 81–95 (1981)CrossRefGoogle Scholar
  29. 29.
    Seshadri, R.: Residual Stress Estimation and Shakedown Evaluation Using GLOSS Analysis. J. Pressure Vessel Technol 116(3), 290–294 (1994). doi:10.1115/1.2929590CrossRefGoogle Scholar
  30. 30.
    Mackenzie, D., Boyle, J.T., Hamilton, R.: The elastic compensation method for limit and shakedown analysis: a review. Trans IMechE, Journal of Strain Analysis for Engineering Design 35(3), 171–188 (2000)CrossRefGoogle Scholar
  31. 31.
    Ponter, A.R.S., Carter, K.F.: Shakedown state simulation techniques based on linear elastic solutions. Computer Methods in Applied Mechanics & Engineering 140, 259–279 (1997)CrossRefzbMATHMathSciNetGoogle Scholar
  32. 32.
    Chen, H.: Linear matching method for design limits in plasticity, Computers, Materials and Continua. Tech Science Press 20(2), 159–183 (2010)Google Scholar
  33. 33.
    Ladevèze, P.: Nonlinear Computational Structural Mechanics – New Approaches and Non-Incremental Methods of Calculation. Springer-Verlag, New York (1999)zbMATHGoogle Scholar
  34. 34.
    Maier, G., Comi, C., Corigliani, A., Perego, U., Hübel, H.: Bounds and estimates on inelastic deformations, Commission of the European Communities, contract RA1-0162-I and RA1-0168-D, Report EUR 16555 EN. European Commission , Brüssel (1992)Google Scholar
  35. 35.
    Spiliopoulos, K.V., Panagiotou, K.D.: A direct method to predict cyclic steady states of elastoplastic structures. Comput. Methods Appl. Mech. Engeneer, 186–198 (2012)Google Scholar
  36. 36.
    Spiliopoulos, K.V., Panagiotou, K.D.: The Residual Stress Decomposition Method (RSDM): A Novel Direct Method to Predict Cyclic Elastoplastic States. In: Spiliopoulos, K., Weichert, D. (Hrsg.) Direct Methods for Limit States in Structures and Materials, S. 139–155. Springer Science+Business Media, Dordrecht (2014)CrossRefGoogle Scholar

Copyright information

© Springer Fachmedien Wiesbaden 2015

Authors and Affiliations

  1. 1.Fakultät für BauenBrandenburgische Technische Universität Cottbus-SenftenbergCottbusDeutschland

Personalised recommendations