Numerische Modellierung des Kraft-Verformungsverhaltens vorgespannter Schrauben in L-Flanschverbindungen

Stahlrohrtürme von Windenergieanlagen sind schwingungsanfällige Tragstrukturen, welche infolge des Anlagenbetriebs wechselnden Beanspruchungen ausgesetzt sind. Dem Ermüdungsfestigkeitsnachweis für den Turm kommt daher eine große Bedeutung zu. Ein neuralgischer Punkt innerhalb der Turmstruktur sind in der Regel die Ringflanschverbindungen, welche die einzelnen Turmsektionen mittels vorgespannter Schrauben miteinander verbinden. In Bezug auf die Ermüdungsfestigkeit dieser Verbindung ist die Sicherstellung einer ausreichend hohen Schraubenvorspannung dabei entscheidend. Für eine realitätsnahe Vorhersage der verbleibenden Vorspannkraft in einer Flanschverbindung nach einer Überbeanspruchung ist eine präzise Erfassung des plastischen Verformungsverhaltens der Schraube-Mutter-Verbindung wichtig. In dem vorliegenden Beitrag wird ein numerischer Ansatz zur Vorhersage des Vorspannkraftverlusts von zentrisch und exzentrisch vorgespannten Schraubenverbindungen infolge von hohen Einzellasten vorgestellt, welcher durch Versuche verifiziert wird.

Numerical modelling of the force-deformation behaviour of preloaded bolts in L-flange joints
Steel tube towers for wind energy turbines are support structures prone to vibrations, which are subjected to oscillating loads due to the turbine operation. Therefore the fatigue assessment of the tower is of high importance. A critical point within the tower structure is the ring flange connection, which connects single tower sections to each other with preloaded bolts. Regarding the fatigue strength of this connection the assurance of a sufficiently high bolt preload is essential. A precise gathering of the connection behavoir in the plastic region is important for a realistic prediction of the remaining preload level in a flange connection after an overload. In the present article a numeric approach for the prediction of preload losses due to high single loads is presented for centrically and eccentrically preloaded bolted connections. The presented approach is verified by tests.