Aufbau einer Korrosionsermüdungs-Datenbank und Bewertung der Versuchsdaten basierend auf dem Nennspannungskonzept

Abstract

Stahlstrukturen von Offshore-Windenergieanlagen unterliegen infolge dynamischer Beanspruchungen aus Betrieb, Wind und Wellen einem ausgeprägten Ermüdungsrisiko. Gleichzeitig sind sie harschen Umweltbedingungen ausgesetzt, sodass die Interaktion aus mechanischer Ermüdung und Korrosion in vielen Fällen die bemessungsrelevante Einwirkung darstellt. Diese Interaktion wird als Korrosionsermüdung bezeichnet.

Die normative Berücksichtigung korrosiver Einflüsse basiert bislang auf einer kleinen, inhomogenen und nicht frei zugänglichen Datengrundlage. Verschiedene Detailklassen werden dort mit einem pauschalen Reduktionsfaktor der Ermüdungsfestigkeit versehen, ohne die unterschiedlichen Korrosionsprozesse und Geometrieeffekte zu berücksichtigen. Zudem findet eine Vorkorrosion, wie sie in realen Einsatz- und Bauphasen häufig auftritt, in den bestehenden Regelwerken keine Berücksichtigung. Die tatsächlichen Umweltbedingungen werden somit nur unzureichend abgebildet.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde daher eine umfassende Datenbank für Korrosionsermüdungsversuche aufgebaut. Die dokumentierten Tests wurden mithilfe des Nennspannungskonzepts klassifiziert, S-N-Kurven für verschiedene Detailklassen ausgewertet und die entsprechenden Reduktionsfaktoren bestimmt. Darüber hinaus wurde die Ermüdungsfestigkeit in Abhängigkeit verschiedener Versuchsparameter untersucht.

Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass ein pauschaler Reduktionsfaktor nicht zielführend ist. Grundmaterialproben erfahren unter freier Korrosion eine erheblich stärkere Reduktion der Ermüdungsfestigkeit als geschweißte Proben. Eine Vorkorrosion wirkt ebenfalls maßgeblich lebensdauermindernd und sollte in zukünftigen normativen Regelungen berücksichtigt werden.

Damit liefert die vorliegende Arbeit eine fundierte und kritische Analyse der aktuellen normativen Ansätze zur Korrosionsermüdung und zeigt wesentliche Ansatzpunkte für deren Weiterentwicklung auf.