Das Projekt "IngenieurNachwuchs 2014: Hybridfachwerk - Entwicklung eines innovativen Hybridfachwerks durch ressourcenschonenden Materialeinsatz" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Mittelhessen, Fachbereich Bauwesen durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer Fachwerkstruktur für einen Hybridturm für Windenergieanlagen. Dabei wird zum einen die Anwendung von Stahlprofilen mit Betondübeln zur Verankerung in Betonfertigteilelementen ausgearbeitet. Bei Betondübeln handelt es sich um Aussparungen unterschiedlicher Formen, die aus handelsübliche Stahl-Walzprofile herausgeschnitten werden. Durch das Einbetonieren der Stahlprofile erhärtet der Beton in den Aussparungen und bildet so eine Verankerung des Stahlprofils im Beton. Eine zweite Variante des Fachwerks bildet der Einsatz von vorgespannten Stäben aus hochfestem (HPC) bis ultra-hochfestem Beton (UHPC). Das wissenschaftliche Ziel des Vorhabens besteht in dem Erkenntnisgewinn über die Ermüdungsfestigkeiten der beiden Lösungsansätze. Da es sich bei Windenergieanlagen um hochgradig dynamisch beanspruchte Bauteile handelt, sind die Nachweise der Ermüdungsfestigkeit ein wesentliches Kriterium bei der Bemessung der Tragstruktur. Zu den beiden Schwerpunkten des Forschungsvorhabens werden experimentelle Untersuchungen unter dynamischer Beanspruchung durchgeführt. Anschließend erfolgt eine Kalibrierung von FE-Modellen anhand der Versuchsergebnisse mit denen weiterführende Parameterstudien durchgeführt werden. Parallel dazu werden mechanische Modelle und Bemessungskonzepte entwickelt, mit denen das Verhalten der Stäbe beschrieben werden kann. Untersuchungen zur Wirtschaftlichkeit und Praxistauglichkeit schließen das Projekt ab.
Das Projekt "Experimentelle und numerische Untersuchungen zum Tragverhalten von Grout-Strukturen für Offshore-Windenergieanlagen (GROW)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Institut für Stahlbau durchgeführt. Entscheidend für die Wettbewerbsfähigkeit von Offshore-Windenergieanlagen ist die Kostenoptimierung der Tragstrukturen, wozu auch die Verbindungen bei Monopile-Gründungen gehören. Der Tragmechanismus des Übergangs zwischen Gründungsrohr und Turm, der 'Grouted Joint', ist bisher nur unzureichend untersucht. Dies führt zu einem kostenintensivem Design der Verbindungen. Optimierte Grout-Verbindungen bieten gegenüber anderen Verbindungstypen Vorteile bei der Montage. Gegenstand des Vorhabens am Institut für Stahlbau der Leibniz Universität Hannover ist die Untersuchung des Trag- und Ermüdungsverhaltens überwiegend biegebeanspruchter Grouted Joints. Ziel ist die Erarbeitung experimentell abgesicherter, neuer Bemessungsgrundlagen und -regeln für Grout-Verbindungen in Offshore-Windenergieanlagen.
Das Projekt "Teilprojekt: Rechnerische Untersuchungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Analyse und die Modellierung des Ermüdungsverhaltens von Austenitit unter Berücksichtigung von Ver- und Entfestigungsvorgängen. Insbesondere sollen Werkstoffmodelle zur Beschreibung des Verformungs- und Festigkeitsverhaltens weiterentwickelt und ingenieurmäßigen Berechnungsverfahren zur Ermüdungsbewertung bei elastisch-plastischem Werkstoffverhalten abgeleitet werden. Auf Basis der Versuchsergebnisse aus dem Teilvorhaben des WKK werden am Fraunhofer IWM verbesserte mechanismenbasierte Ansätze zur Modellierung der zyklischen Ver- und Entfestigung und der Ermüdungsschädigung entwickelt. Die Erkenntnisse werden bei der Entwicklung eines vereinfachten Berechnungskonzepts genutzt, dass auf der Basis globaler Rohrleitungsstrukturanalysen das Ermüdungsverhalten zuverlässig und realitätsnah vorhersagen kann.
Das Projekt "Teilprojekt: Experimentelle Untersuchungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau, Lehrstuhl für Werkstoffkunde durchgeführt. Ziel des Gesamtvorhabens ist, mithilfe experimenteller Untersuchungen und fortgeschrittenen Werkstoffmodellen das Ermüdungsverhalten im elastisch-plastischen Bereich unter Berücksichtigung von Ver- und Entfestigungsvorgängen vertieft zu analysieren und insbesondere die Veränderung der Mikrostruktur durch den Ermüdungsprozess zu erfassen. Aus den Erkenntnissen sollen sowohl verbesserte mechanismenbasierte Werkstoffmodelle als auch einfach handhabbare, ingenieurmäßige Berechnungskonzepte abgeleitet werden, die auf werkstoffmechanisch begründeten Ansätzen basieren und durch zielgerichtete LCF (Low Cycle Fatigue)-Versuche im relevanten elastisch-plastischen Dehnungsbereich validiert werden sollen. Am Lehrstuhl für Werkstoffkunde werden überwiegend die experimentellen Arbeiten und die mikrostrukturellen Untersuchungen zur Aufklärung der Ver- und Entfestigungsmechanismen durchgeführt. Die Ver- und Entfestigungsvorgänge werden in LCF Versuchen an einem austenitischen Modellwerkstoff vom Typ 1.4550 untersucht. Dabei sollen die wesentlichen Einflussgrößen wie Dehnungsschwingbreite, Mitteldehnung, Temperatur und Verformungsgeschwindigkeit auf das zyklische Verformungsverhalten und die Lebensdauer bewertet werden. Auf Basis der Versuchsergebnisse und metallographischer, rasterelektronenmikroskopischer und röntgenographischer Untersuchungen zur Veränderung der Mikrostruktur werden mechanismenbasierte Ansätze zur Modellierung des Ermüdungsverhaltens entwickelt.