Published April 2004 | Version v1
Journal article

Experimental and theoretical-numeric investigations of life estimates of pressure vessel components under cyclic stress

  • 1. Dortmund Univ. (Germany). Arbeitsgruppe Chemieapparatebau

Description

Fatigue strength assessment of pressure vessel as a rule is based on calculations, often on the basis of the relevant regulations. A detailed reference database of experimental reference values of typical pressure vessel structures has never been established because of the high cost and effort involved. For this reason, experimental verification is particularly important. In this investigation, a typical pressure vessel stress with a high fatigue hazard both in the welded and unwelded components was analyzed: A stud placed in the center of a plane slab was welded to it by an automatic welding process in accordance with the current specifications for the welded seam. No finishing process was applied on the weld. In the transition region between the plane slab and the cylindrical vessel, a groove was made in accordance with specifications, which was then analyzed as an unwelded component region with regard to its fatigue characteristics. Dynamic internal pressure load was used for simulating starting and shutdown processes to fatigue failure. In the experiment, fatigue cracking was observed both in the groove and in the transition zone of the weld. The experimentally defined load cycles were used as a reference value for assessing the accuracy of the various theoretical methods, with particular regard to the calculation procedure according to the specifications of the current technical regulations. It was found that accurate knowledge of the geometry of the real component is of decisive importance as compared to the acceptance of calculated permissible load cycles, which are reference values subject to high statistic scatter. (orig.)

Abstract (German)

Der Ermuedungsfestigkeitsnachweis erfolgt im Bereich der Druckbehaeltertechnik meist auf rechnerischer Basis und hierbei haeufig gestuetzt auf die zustaendigen Regelwerke. Eine umfangreiche Referenzdatenbasis an experimentellen Vergleichswerten druckbehaeltertypischer Strukturen fehlt aus Aufwands- und Kostengruenden. Von besonderer Bedeutung ist aus diesem Grund die experimentelle Verifikation. Als ein Beitrag hierzu wurde eine typische Druckbehaelterstruktur mit Ermuedungsgefaehrdung sowohl in geschweissten als auch ungeschweissten Bauteilbereichen diesbezueglichen Untersuchungen unterzogen. Hierzu wurde ein Stutzen in eine ebene Platte mittig aufgesetzt und durch Automatenschweissung den regelwerksseitigen Anforderungen an die Nahtausfuehrung entsprechend verschweisst. Es wurde keine Schweissnahtnachbearbeitung durchgefuehrt. Am Uebergang zwischen ebener Platte und zylindrischem Behaelterkoerper wurde eine den Grundsaetzen des Regelwerks folgende Nut eingebracht, die als ungeschweisster Bauteilbereich auf Ermuedungsversagen hin zu untersuchen ist. Durch Aufbringen einer Innendruckschwellbeanspruchung wurden An- und Abfahrprozesse bis zum Ermuedungsversagen experimentell simuliert. Der experimentelle Befund wies Ermuedungsschaeden sowohl an der Nut als auch am Schweissnahtuebergang aus. Die experimentell ermittelten Lastwechselzahlen wurden als Massstab zur Beurteilung der Treffsicherheit verschiedener Verfahren der rechnerischen Nachweisfuehrung unter besonderer Beruecksichtigung des regelwerksbasierten Berechnungsgangs fuer diesen konkreten Fall herangezogen. Hierbei zeigte sich die Bedeutung einer moeglichst exakten Geometriebestimmung des realen Bauteils und der Akzeptanz berechneter zulaessiger Lastwechselzahlen als starken statistischen Streuungen unterworfene Richtwerte. (orig.)

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Additional titles

Original title (German)
Experimentelle und theoretisch-numerische Untersuchungen zur Lebensdauerabschaetzung zyklisch beanspruchter Druckbehaelterkomponenten

Publishing Information

Journal Title
TU. Technische Ueberwachung
Journal Volume
45
Journal Issue
4
Journal Page Range
p. 37-43
ISSN
0376-1185
CODEN
TUSZA6