Hochgeschwindigkeits-Prüfmaschine HTM
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Das Bruchverhalten von Werkstoffen ist unter anderem auch von der Belastungsgeschwindigkeit abhängig. Schnellzerreißversuche, auch Hochgeschwindigkeitszugversuche genannt, liefern eine Charakterisierung der Zugeigenschaften von Metallen oder Kunststoffen bei hohen Dehnraten. Vor allem für die Crash-Simulation sind diese Parameter besonders wertvoll.
Beim Schnellzerreißversuch werden Zugversuche an flachen Schulterproben mit Belastungsgeschwindigkeiten von bis zu 20 m/s durchgeführt. Auch der Einsatz einer direkten Längenänderungsmessung an der Probe ist möglich, was die Erzeugung von aussagekräftigen Spannungs-Dehnungs-Diagrammen erlaubt.
Die Schnellzerreißversuche werden mit einer Hochgeschwindigkeitsprüfmaschine durchgeführt. Diese servohydraulischen Prüfmaschinen erreichen an den Proben Abzugsgeschwindigkeiten von bis zu 20 m/s bei Kräften von bis zu 160 kN.
Man weiß seit längerem, dass die mechanisch-technologischen Werkstoffeigenschaften u.a. auch von der Belastungsgeschwindigkeit, sprich Dehnrate, abhängen. In der Realität führen aber gerade stoß- oder schlagartige Beanspruchungen häufig zum Bauteilversagen. So stellten die Konstrukteure schnell fest, als sie begannen die Autos crashsicher auszulegen, dass sie bei Verwendung von Materialkennwerten, gewonnen aus quasistatischen Versuchen, zu falschen Ergebnissen kamen. Erst mit den Daten aus Schnellzerreißversuchen kam es zu einer guten Übereinstimmung von numerischer Simulation und Realität.
Da auch für die Auslegung von Umformprozessen (Blechumformen, Schmieden) zunehmend die numerische Simulation eingesetzt wird, ist die Kenntnis der Fließkurven in Abhängigkeit der Umformgeschwindigkeit unabdingbar. Der Werkstoff-Wissenschaftler spricht in diesem Zusammenhang immer von Dehnraten. Da diese von der Probenform, dem lo, abhängen, sind sie nicht geeignet für die Spezifikation der Maschineneigenschaft. Daher geben die Maschinenhersteller eine Kolbengeschwindigkeit an.
Der Zusammenhang zwischen Dehnrate und Kolbengeschwindigkeit v lautet:
ϵ = (Δϵ / Δt) = (Δl / l0) x (l / Δt) = (v / l0)Zur Dehnungsmessung werden Hochgeschwindigkeitkameras eingesetzt.
Zur Dehnungsmessung werden Hochgeschwindigkeitkameras eingesetzt.
Die Maschine kann zur Durchführung von Schnellzerreißversuchen eingesetzt werden.
Die Maschine kann zur Durchführung von Schnellzerreißversuchen eingesetzt werden.
Die Probe wird mittels Induktion aufgeheizt.
Die Probe wird mittels Induktion aufgeheizt.
Bei Schnellzerreißversuchen werden häufig die Proben mit Dehnungsmessstreifen
versehen, um eine genauere Kraftmessung zu bekommen. Dazu wird die Probe in einem Bereich, der
sich nur elastisch verformt, auf zwei Seiten vorne und hinten, mit DMS appliziert, die
diagonal als Halbbrücke verschaltet werden. Das Messsignal weist deutlich weniger Schwingungen
auf als das Kraftsignal vom Piezo-Kraftaufnehmer.
Zusätzlich kann die Probe im Prüfquerschnitt mit DMS appliziert werden für eine genaue
Dehnungsmessung. Hierfür wird ein DMS als Viertelbrücke geklebt. Da die Versuchszeiten sehr
kurz sind, nur ein paar Millisekunden, werden sehr schnelle Messverstärker benötigt und eine
zusätzliche Transientenkarte.
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Hochgeschwindigkeitsprüfmaschine
Hochgeschwindigkeitsprüfmaschine für Schnellzerreißversuche bei 1000 °C