Bestimmung von Grenzzuständen an Druckbehälterstutzen

Die Regelwerksauslegung von Behälter/Stutzen-Verbindungen oder Rohrabzweigen unter Innendruck und Biegeeinfluss weist oft hohe Konservativitäten auf, die einen erfolgreichen Nachweis hoch beanspruchter Bauteile verhindern. Mit Verwendung der Finiten Element Methode (FEM) kann ein sehr viel genaueres Abbild der induzierten Beanspruchungen erhalten werden. Diese Arbeit zeigt numerische Methoden zur Ermittlung der elastischen Grenze, der Einspiel-Grenze sowie der Grenztragfähigkeit auf. Besonderes Augenmerk liegt auf der numerischen und experimentellen Analyse des mechanischen Verhaltens schräger Abzweige. Die Ergebnisse aus den FEM-Berechnungen, im Besonderen die Einspiellast, werden durch experimentelle Untersuchungen an den jeweiligen Druckbehälterstutzen überprüft. Hierbei werden höherzyklische Versuche zur Ermittlung des Versagensortes an rechtwinkligen und schrägen Druckbehälterstutzen durchgeführt und die Auswirkungen der Stutzenneigung untersucht. The specification of nozzles in pressure vessels or piping branches under internal pressure and bending using design codes is often very conservative, which places limitations on the verification of highly stressed components. The use of the Finite Element Method (FEM) yields detailed information on the stresses induced. This publication presents numerical methods for computing the boundaries of the elastic, shakedown and limit loads in the interaction diagram. Special attention is paid to the numeric and experimental analysis of the mechanical behaviour of obliquely inclined branches. The results from the FEM computations, especially those for the shakedown loads, were further verified on an experimental rig comprising a full-scale pressure vessel. For this purpose fatigue experiments were carried out to determine the crack initiation location for radial or obliquely inclined branches and the influence of the angle of inclination.