Problemstellung
In vielfältigen Anwendungsgebieten im maritimen Umfeld sowie im Stahlwasserbau kommen großflächige, platten- oder schalenartige Stahlstrukturen zum Einsatz. Zur Erhöhung der Beanspruchbarkeit bzw. zur Verhinderung eines vorzeitigen Beulversagens dieser Stahlstrukturen werden in der Regel Versteifungselemente (Spanten, Längssteifen etc.) aufgeschweißt.
In der Regel dominiert bei allen genannten Anwendungsgebieten das Fügeverfahren Schweißen. Dabei wird jedoch lokal Wärme in die Fügeteile eingetragen. Dies kann zu negativen Auswirkungen führen: Eine Veränderung und Versprödung der Mikrostruktur der Stahlwerkstoffe, geometrischer Verzug und Aufbau maßgeblicher Eigenspannungen sowie die Erzeugung geometrischer Kerben und somit ungünstigere Kerbfälle bzw. eine Reduktion der Ermüdungsfestigkeit können die Folge sein und führen teilweise zur Wahl höherer Blechdicken. Zudem sind, insbesondere im maritimen Bereich, nahezu alle Strukturen mit einer Korrosionsschutzbeschichtung versehen. Um eine Beschädigung des Korrosionsschutzes durch den Schweißprozess zu vermeiden, wird die Beschichtung in der Regel erst nach dem Schweißvorgang ausgeführt. Alternativ muss diese vor dem Schweißvorgang lokal entfernt und nach dem Fügeprozess wieder nachgebessert werden.
Zielsetzung
Das Ziel des vorliegenden Forschungsantrages ist die Entwicklung und systematische Untersuchung eines Konzeptes zur klebtechnischen Befestigung von Versteifungselementen auf Stahlstrukturen im maritimen Umfeld. Im Rahmen des vorliegenden Antrages wird die Versteifung eines biegebeanspruchten Flachblechs eines Hängedecks einer detaillierten Analyse unterzogen. Um das Fügeverfahren Kleben zur Anbringung der Versteifungselemente an großflächigen Bauteilen für den maritimen Bereich erfolgreich anwenden zu können, müssen vielfältige Fragestellungen zur Fertigung, Tragfähigkeit und Dauerhaftigkeit beantwortet werden.
Das Projekt folgt der Hypothese, dass durch die klebtechnische Anbindung von Steifen bei flächigen Tragstrukturen im Schiffbau eine wirtschaftlichere Ausnutzung von Stahlwerkstoffen erreicht und damit zur Ressourceneinsparung beigetragen werden kann. Im Einzelnen sollen nachfolgende Forschungsergebnisse erzielt werden:
- Recherche und Definition von Anforderungen an Klebverbindungen im Schiffbau
- Auswahl und Charakterisierung geeigneter Klebstoffe und Oberflächenvorbehandlungen
- Konstruktion und Optimierung klebgerechter Aussteifungselemente
- Entwicklung und Validierung eines klebtechnischen Fertigungs- und Montageprozesses unter Berücksichtigung der Schnellhärtung
- Experimentelle und numerische Untersuchungen des Trag- und Verformungsverhalten klebtechnisch versteifter Strukturen (Mittel- und Großskala) unter statischer Biegebeanspruchung
- Entwicklung u. Untersuchung hybrider Fügekonzepte zur Anbindung der Versteifungselemente
- Vereinfachte, durch KMU nutzbare Bemessungsverfahren, numerische Modelle zur Bestimmung der maximalen Bruchlast sowie Ausführungsempfehlungen
Methodischer Ansatz
Vor dem Hintergrund der Komplexität der Aufgabenstellung werden die beteiligten Forschungseinrichtungen mit ihren jeweiligen Kernkompetenzen (Fraunhofer IFAM: Kleb- und Montagetechnik, Berechnungsmodelle, Maritime Strukturen; KIT: Kleben und Prüfen von großen Strukturen, Bemessung, Stahl-und Stahlwasserbau) interdisziplinär zusammenarbeiten. Im Rahmen des Projektes wird die Klebtechnik im Hinblick auf die Randbedingungen der Fertigung- und Montage im Schiffbau weiterentwickelt, und die Tragfähigkeit sowie die wirtschaftliche Leistungsfähigkeit grundlegend untersucht. Um die Forschungsziele zu erreichen, bedarf es einer systematischen methodischen Vorgehensweise unter Kombination experimenteller und numerischer Untersuchungen. Die methodische Vorgehensweise gliedert sich in 8 Arbeitspakete (AP). Eine Übersicht der Arbeitspakete und deren Verknüpfung ist in der nachfolgenden Abbildung dargestellt.
Problemstellung
In vielfältigen Anwendungsgebieten im maritimen Umfeld sowie im Stahlwasserbau kommen großflächige, platten- oder schalenartige Stahlstrukturen zum Einsatz. Zur Erhöhung der Beanspruchbarkeit bzw. zur Verhinderung eines vorzeitigen Beulversagens dieser Stahlstrukturen werden in der Regel Versteifungselemente (Spanten, Längssteifen etc.) aufgeschweißt.
In der Regel dominiert bei allen genannten Anwendungsgebieten das Fügeverfahren Schweißen. Dabei wird jedoch lokal Wärme in die Fügeteile eingetragen. Dies kann zu negativen Auswirkungen führen: Eine Veränderung und Versprödung der Mikrostruktur der Stahlwerkstoffe, geometrischer Verzug und Aufbau maßgeblicher Eigenspannungen sowie die Erzeugung geometrischer Kerben und somit ungünstigere Kerbfälle bzw. eine Reduktion der Ermüdungsfestigkeit können die Folge sein und führen teilweise zur Wahl höherer Blechdicken. Zudem sind, insbesondere im maritimen Bereich, nahezu alle Strukturen mit einer Korrosionsschutzbeschichtung versehen. Um eine Beschädigung des Korrosionsschutzes durch den Schweißprozess zu vermeiden, wird die Beschichtung in der Regel erst nach dem Schweißvorgang ausgeführt. Alternativ muss diese vor dem Schweißvorgang lokal entfernt und nach dem Fügeprozess wieder nachgebessert werden.
Zielsetzung
Das Ziel des vorliegenden Forschungsantrages ist die Entwicklung und systematische Untersuchung eines Konzeptes zur klebtechnischen Befestigung von Versteifungselementen auf Stahlstrukturen im maritimen Umfeld. Im Rahmen des vorliegenden Antrages wird die Versteifung eines biegebeanspruchten Flachblechs eines Hängedecks einer detaillierten Analyse unterzogen. Um das Fügeverfahren Kleben zur Anbringung der Versteifungselemente an großflächigen Bauteilen für den maritimen Bereich erfolgreich anwenden zu können, müssen vielfältige Fragestellungen zur Fertigung, Tragfähigkeit und Dauerhaftigkeit beantwortet werden.
Das Projekt folgt der Hypothese, dass durch die klebtechnische Anbindung von Steifen bei flächigen Tragstrukturen im Schiffbau eine wirtschaftlichere Ausnutzung von Stahlwerkstoffen erreicht und damit zur Ressourceneinsparung beigetragen werden kann. Im Einzelnen sollen nachfolgende Forschungsergebnisse erzielt werden:
- Recherche und Definition von Anforderungen an Klebverbindungen im Schiffbau
- Auswahl und Charakterisierung geeigneter Klebstoffe und Oberflächenvorbehandlungen
- Konstruktion und Optimierung klebgerechter Aussteifungselemente
- Entwicklung und Validierung eines klebtechnischen Fertigungs- und Montageprozesses unter Berücksichtigung der Schnellhärtung
- Experimentelle und numerische Untersuchungen des Trag- und Verformungsverhalten klebtechnisch versteifter Strukturen (Mittel- und Großskala) unter statischer Biegebeanspruchung
- Entwicklung u. Untersuchung hybrider Fügekonzepte zur Anbindung der Versteifungselemente
- Vereinfachte, durch KMU nutzbare Bemessungsverfahren, numerische Modelle zur Bestimmung der maximalen Bruchlast sowie Ausführungsempfehlungen
Methodischer Ansatz
Vor dem Hintergrund der Komplexität der Aufgabenstellung werden die beteiligten Forschungseinrichtungen mit ihren jeweiligen Kernkompetenzen (Fraunhofer IFAM: Kleb- und Montagetechnik, Berechnungsmodelle, Maritime Strukturen; KIT: Kleben und Prüfen von großen Strukturen, Bemessung, Stahl-und Stahlwasserbau) interdisziplinär zusammenarbeiten. Im Rahmen des Projektes wird die Klebtechnik im Hinblick auf die Randbedingungen der Fertigung- und Montage im Schiffbau weiterentwickelt, und die Tragfähigkeit sowie die wirtschaftliche Leistungsfähigkeit grundlegend untersucht. Um die Forschungsziele zu erreichen, bedarf es einer systematischen methodischen Vorgehensweise unter Kombination experimenteller und numerischer Untersuchungen. Die methodische Vorgehensweise gliedert sich in 8 Arbeitspakete (AP). Eine Übersicht der Arbeitspakete und deren Verknüpfung ist in der nachfolgenden Abbildung dargestellt.
Förderhinweis
Das IGF-Vorhaben „Aufgeklebte Profile zur Versteifung von flächigen Bauteilen in maritimen Strukturen“, IGF-Projekt 2215003, der Forschungsvereinigung Schiffbau und Meerestechnik e.V. wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
