Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Ermüdungsfestigkeit von Stumpfnahtstößen hochfester Offshore-Feinkornbaustähle mit und ohne Nachbehandlung für den Bau von Offshore-Windenergieanlagen

Für die Umsetzung der klimapolitischen Ziele ist eine wirtschaftlichere und ressourcen-schonende Bauweise von Offshore-Windenergieanlagen (OWEA) dringend erforderlich. Insbesondere die Erhöhung der anzusetzenden Ermüdungsfestigkeit durch den Einsatz hochfester Stähle und durch die Anwendung von Schweißnahtnachbehandlungsmethoden bietet großes Potential zur Senkung des Materialeinsatzes und der Kosten bei Monopiles. Speziell in der Fertigungskette der OWEA bieten sich das automatisierte höherfrequente Hämmern oder das Festwalzen als Nachbehandlungsmethoden an. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist, die Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit von Stumpfnahtstößen hochfester Offshore-Feinkornbaustähle mit und ohne Nachbehandlung zu quantifizieren. Daher werden umfangreiche experimentelle Analysen und Ermüdungsversuche an unbehandelten und an nachbehandelten Schweißproben aus unterschiedlichen hochfesten Feinkornbaustählen durchgeführt und bewertet. Als Nachbehandlungsmethoden werden dabei manuelles und automatisiertes höherfrequentes Hämmern sowie Festwalzen miteinander verglichen. Um Qualität und Reproduzierbarkeit der Ergebnisse sicherzustellen, werden die Randzoneneigenschaften der nachbehandelten Schweißnähte experimentell eingestellt und untersucht. Numerische Simulationen der Nachbehandlungsmethoden erweitern den Parameterbereich und komplementieren die experimentellen Untersuchungen. Darüber hinaus werden Ermüdungsfestigkeitsberechnungen zur Vorhersage der Lebensdauer durchgeführt und weiterentwickelt. Mit Hilfe der Ermüdungsversuche werden Wöhlerlinien im Zeit- und Dauerfestigkeitsbereich ermittelt. Ferner wird der Einfluss der Blechdicke auf die Ermüdungsfestigkeit untersucht. Das Forschungsvorhaben liefert Ergebnisse, die eine Berücksichtigung der Stahlgüte und der Nach-behandlungsmethoden in Bemessungsrichtlinien ermöglichen, um die Fertigung von Monopiles ressourcenschonender und wirtschaftlicher zu gestalten. Den beteiligten KMUs kommt dies zu Gute.