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Auf sicheren Beinen

Forscher entwickeln Methode zur Betriebsfestigkeitsanalyse von Gussknoten
Auf sicheren Beinen

Finite-Element-Modell einer Teilstruktur und des Gussknotens (Bild: Fraunhofer LBF)
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Bei der Errichtung von Offshore-Windkraftanlagen kommen auch Großgussbauteile zum Einsatz. Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (LBF) hat deshalb eine Methode zur Bewertung der Betriebsfestigkeit solcher Bauteile entwickelt.

Ziel des Fraunhofe LBF im Verbundforschungsprojekt „OGOWin – Optimierung aufgelöster Gründungsstrukturen für Offshore-Windenergieanlagen“ war die Methodenentwicklung zur Betriebsfestigkeitsbewertung von Gussknoten in der Gründungsstruktur unter Berücksichtigung der korrosiven Umgebungsbedingungen. In einer Betriebsfestigkeitsanalyse wird die Beanspruchung mit der Beanspruchbarkeit eines Bauteils verglichen. Beide Aspekte hat das Fraunhofer LBF in diesem Projekt betrachtet.
Die numerische Analyse mit der Finite-Elemente-Methode ermöglichte es den Forschern, die lokalen Beanspruchungen am Gussknoten zu ermitteln. Die Gussknoten sind im Fachwerk der Gründungsstruktur als Verbindungselemente der Rohre verbaut. Mehraxiale Belastungen wirken auf sie ein. Die Wissenschaftler bauten ein hinreichend realitätsnahes Finite-Elemente-Modell der Struktur auf, lokalisierten schädigungsrelevante Bereiche des Gussknotens und schufen die Basis zur Festlegung der Qualitätsanforderungen an den Gusswerkstoff. In experimentellen Untersuchungen ermittelten sie die Beanspruchbarkeit des Gusswerkstoffes.
Da die Gussknoten auch im Übergangsbereich vom Meerwasser zur Luft, der so genannten „Splash-Zone“, verbaut sind, wurde auch der Korrosionseinfluss auf die Schwingfestigkeit analysiert, indem die Proben im Versuch einem Sprühnebel aus künstlichem Meerwasser ausgesetzt wurden. Um im Sinne der angewandten Forschung auch die Auswirkungen einer Beschädigung der Korrosionsschutzlackierung beurteilen zu können, wurden ebenfalls Versuche mit einer beschädigten Beschichtung durchgeführt.
Im Rahmen der Methodenentwicklung verglichen die Wissenschaftler die experimentell erzielten Schwingfestigkeitskennwerte mit Werten aus bekannten Standards, wie der Richtlinie des Germanischen Lloyds oder auch des Det Norske Veritas. Neben dem Stand der Technik und der praxisüblichen Vorgehensweise im Zertifizierungsprozess konnte so auch das fallweise notwendige Potenzial hoher Abgussgüten für eine betriebsfeste Bemessung aufgezeigt werden.
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