Modell zur analytischen Korrektur geometriespezifischer Einflüsse auf die Vorspannkraftbestimmung in Schraubenverbindungen mittels Ultraschallmethoden

Im Rahmen der präzisen Ultraschallvorspannkraftbestimmung von sicherheitskritischen Schraubenverbindungen ist es das Ziel, die geometriespezifischen Einflussfaktoren zu ermitteln und durch systematische Parametervariationen eine prinzipielle numerische Vorgehensweise bei der Extraktion zu entwickeln. Die Abhängigkeit des Spannungsfeldes der Schraube von der komplexen Schraubengeometrie wirkt sich hierbei über den akusto-elastischen Effekt direkt auf die Schallgeschwindigkeit der Welle entlang des Schallweges aus und verändert dadurch lokal die Geschwindigkeiten. Zur Erweiterung der momentanen Messmethode wurde eine Möglichkeit gefunden, die numerischen Daten in Zusammenhang mit den geometrie- und materialabhängigen Kennwerten aus experimentellen Verschraubungsversuchen zu setzen und somit für ausgewählte Schraubenverbindungen die Korrelation zwischen Vorspannkraft und Ultraschalllaufzeit vorherzusagen. Schwerpunkt der Arbeit liegt dabei auf Grund der enormen Schraubenvielfalt auf einer möglichst allgemeingültigen Vorgehensweise zur numerischen Kennwertbestimmung mittels FE-Methoden. Die entwickelten Methoden können zur Erweiterung des momentanen Online-Überwachungssystems der Schraubenvorspannkraft genutzt werden, um die theoretische Ultraschalllaufzeitänderung unter Zuhilfenahme des Geometriemodells auf Basis von nur noch einer im Zugversuch ermittelten Materialkonstante zu berechnen.