Tragverhalten kombiniert beanspruchter Verbindungen mit Schließringbolzensystemen
Verfasser:
M. Sc. Alexander Holch, Prof. Dr.-Ing. Ralf Glienke, Dipl.-Ing. Maik Dörre, Prof. Dr.-Ing.habil. Knuth-Michael Henkel, Prof. Dr.-Ing. Wilko Flügge, Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik
170 Seiten - 98,00 EUR (sw, 159 teils farbige Abb., 67 Tab.) 
ISBN 978-3-86776-673-9
Zusammenfassung
Die Bemessung von Schließringbolzenverbindungen unter kombinierter Zug- und Abscherbelastung (Interaktionsbelastung) erfolgt nach DVS/EFB 3435-2. Jedoch liegen keine Erkenntnisse über das Tragverhalten für diesen Beanspruchungsfall vor. Mit dem Ziel der geschlossenen Nachweisführung wurde daher eine konservative Bemessungsregel vereinbart.
Für Schraubenverbindungen stellen die Regelwerke der verschiedenen Anwendungsbereiche unterschiedliche Interaktionsnachweise zur Verfügung, die auf experimentellen Untersuchungen beruhen. Die verschiedenen Bemessungsregeln unterscheiden sich teilweise deutlich und sind Bestandteil aktueller Diskussionen in den entsprechenden Ausschüssen.
Die konservative und damit unwirtschaftliche Bemessung der Schließringbolzenverbindungen wird durch systematische experimentelle und numerische Untersuchungen überprüft. Dabei werden deutliche Reserven der Tragfähigkeit unter kombinierter Belastung offengelegt. Im Rahmen der Auswertung wird detailliert auf das Tragverhalten und die Versagensmechanismen sowie die Tragfähigkeiten geblickt. Auf Grundlage dessen wird eine Nachweisgleichung für die Bemessung unter kombinierter Zug- und Scherbelastung vorgeschlagen, die das Tragverhalten sicher abbildet und Reserven wirtschaftlich ausnutzt.
Förderhinweis
Das IGF-Vorhaben "Tragverhalten kombiniert beanspruchter Verbindungen mit Schließringbolzensystemen" der Forschungsvereinigung EFB e.V. wurde unter der Fördernummer AiF 20954BR über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 604 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.
Summary
The design of lockbolt connections under combined tensile and shear load (interaction load) is carried out according to DVS/EFB 3435-2. However, there is no knowledge about the loadbearing behaviour for this load case. Therefore, a conservative design rule was agreed upon with the aim of a closed verification.
For bolted connections, the codes of the different application areas provide different interaction verifications based on experimental investigations. The various design rules differ significantly in some cases and are part of current discussions in the relevant committees.
The conservative and thus uneconomical design of lockbolt connections is checked by systematic experimental and numerical investigations. Significant reserves of load-bearing capacity under combined loading are revealed. Within the scope of the evaluation, a detailed look is taken at the load-bearing behaviour and the failure mechanisms as well as the loadbearing capacities. Based on this, a verification equation for the design under combined tensile and shear loading is proposed, which reliably represents the load-bearing behaviour and economically exploits reserves.
Inhaltsverzeichnis
Zusammenfassung
Abbildungsverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Problemstellung
1.2 Zielstellung des Forschungsvorhabens
1.3 Aufbau und Inhalt des vorliegenden Berichts
2 Stand der Technik und Normung
2.1 Tragverhalten mechanisch gefügter Verbindungen
2.1.1 Grundfälle der Beanspruchung
2.1.2 Stahlbau
2.1.3 Maschinenbau
2.2 Verbindungen mit Schrauben
2.2.1 Versagensmechanismen und Konstruktionsprinzip
2.2.2 Bemessungsregeln
2.3 Verbindungen mit Schließringbolzen
2.3.1 Ausführungsformen und Verarbeitung
2.3.2 Versagensmechanismen und Konstruktionsprinzip
2.3.3 Bemessungsregeln
2.4 Kenntnisstand zur kombinierten Zug- und Abscherbelastung
2.4.1 Recherche zu Versuchsaufbauten
2.4.2 Herleitung der Bemessungsansätze für Schrauben
2.4.3 Schlussfolgerungen für die Versuchsplanung
3 Experimentelle Untersuchungen zum Interaktionstragverhalten
3.1 Charakterisierung der Verbindungselemente
3.1.1 Bestimmung der geometrischen Abmessungen
3.1.2 Zugversuche
3.1.3 Härteprüfung
3.2 Versuchsprogramm
3.2.1 Probenschlüssel
3.2.2 Versuchsmatrix
3.3 Versuchseinrichtung
3.4 Versuchsdurchführung
3.5 Versuchsergebnisse
3.5.1 Ergebnisse Rundprobe
3.5.2 Ergebnisse Schrauben mit Gewinde bis Kopf
3.5.3 Ergebnisse Schrauben mit glattem Schaft
3.5.4 Ergebnisse Schließringbolzen
3.6 Versuchsauswertung
3.6.1 Auswertung Rundprobe
3.6.2 Auswertung Schraube mit Gewinde bis Kopf
3.6.3 Auswertung Schraube mit glattem Schaft
3.6.4 Auswertung Schließringbolzen-Systeme
4 Numerische Untersuchungen
4.1 Fließkurvenermittlung
4.2 Simulation des Montageprozesses SRB Typ A
4.2.1 Modellbeschreibung
4.2.2 Ergebnisse
4.3 Simulation des Kraft-Verformungs-Verhaltens
4.3.1 Rundprobe: einschnittiger Prüfaufbau
4.3.2 Rundprobe: zweischnittiger Prüfaufbau nach Knobloch/Schmidt
4.3.3 Schaftschraube: einschnittiger Prüfaufbau
4.3.4 SRB Typ A: einschnittiger Prüfaufbau
5 Bemessungsvorschlag
5.1 Vorschlag zur Bemessung im Stahlbau (nach Eurocode 3)
5.2 Vorschlag zur Bemessung im Maschinenbau (nach VDI 2230-Blatt 1)
5.3 Berechnungsbeispiel für den Stahlbau
6 Ergebnisse und Ausblick
6.1 Wissenschaftlich-technischer und wirtschaftlicher Nutzen der Ergebnisse für KMU
7 Literaturverzeichnis
8 Anhang
