Die Aufgabenstellung
Ein großer oder geometrisch ungewöhnlicher Stutzen wird durch Innendruck, Rohrkräfte und Rohrmomente belastet. Öffnungsnähe, Verstärkungsblech, Wanddickenübergänge oder benachbarte Anbauteile liegen außerhalb der sicheren Anwendbarkeit einfacher Formeln. Gesucht ist ein nachvollziehbarer Spannungsnachweis mit einem räumlichen FEM-Modell.
Ein FEM-Ergebnis ist erst belastbar, wenn Lasten, Randbedingungen, Netz, Spannungsklassifizierung und zulässige Spannungen regelwerksgerecht definiert sind. Singularitäten an scharfen Kanten dürfen nicht als reale Strukturspannung interpretiert werden; Membran-, Biege- und Spitzenspannungen sind entsprechend dem Nachweiskonzept zu trennen.
Erforderliche Auslegungsdaten
- Endgültige Stutzen-, Schalen- und Schweißnahtgeometrie
- Druck-, Temperatur- und Rohrlastfälle mit Koordinatensystem
- Werkstoffkennwerte und zulässige Spannungen
- Regelwerk, Spannungskategorien und Akzeptanzkriterien
Technischer Lösungsweg
Analytisch vorsortieren
Ausschnittverstärkung und lokale Lasten werden soweit möglich mit Regelwerksformeln abgeschätzt und für die FEM plausibilisiert.
Modellgrenzen festlegen
Ausreichende Schalenlängen, realistische Symmetrie, Lagerung und Lastangriffspunkte verhindern künstliche Randspannungen.
FELV-Modell aufbauen
Geometrie, Kontakte, Werkstoffe, Lastkombinationen und ein lokal verfeinertes Netz werden reproduzierbar an COMSOL übergeben.
Konvergenz und Spannungen auswerten
Netzkonvergenz, Verformung und linearisierte Spannungen entlang definierter Auswertelinien werden geprüft.
Nachweise und Varianten schließen
Plastische Kollaps-, lokale Versagens- und gegebenenfalls Ermüdungskriterien werden bewertet und konstruktive Varianten verglichen.
Erwartete Ergebnisse
Geeignete SOL-ALPHA-Module
Die Module sind eine fachlich plausible Werkzeugkette. Ihre endgültige Auswahl und Reihenfolge wird bei der späteren konkreten Berechnung anhand des Regelwerks und der Projektrandbedingungen bestätigt.