Die hochdynamische Werkstoffprüfung ist notwendig, da sich das Materialverhalten von vielen Werkstoffen in Abhängigkeit der Beanspruchungsgeschwindigkeit verändert. Die Veränderungen betreffen u.a. die Fließspannungen und die Bruchdehnung.

Schwerpunkt dieser Seite liegt auf der Prüfung von Metallen, wir bieten allerdings auch die mechanische Prüfung für die ganze Vielfalt von Werkstoffen an.

Neben Crash-Anwendungen im Automotive-Bereich, bei Sportgeräten und Anwendungen in der Schutz- und Sicherheitstechnik sind diese dynamischen Materialcharakterisierungen insbesonders für die Simulation von Umform- und Zerspannungsvorgängen wichtig.

Zu unterscheiden ist die hochdynamische Werkstoffprüfung mit ihrer schlagartigen, zerstörenden Belastung von den Prüfung von Materialien auf Ermüdung, die teilweise auch als dynamische Prüfung bezeichnet wird und bei der die Beanspruchung in vielen Zyklen mit geringen Lasten unterhalb der Streckgrenze erfolgt.

Dehnratenabhängigkeit

Die Veränderungen der mechanischen Eigenschaften bei verschieden Belastungsgeschwindigkeiten liegen darin, dass mit steigender Geschwindigkeit die Fließspannungen steigen und die Bruchdehnung je nach Werkstoff zunehmen oder abnehmen kann. Somit ändert sich auch die Energie die ein Bauteil aus einem bestimmten Werkstoff bei einer stoßartigen Belastung vor dem Versagen aufnehmen kann. Zur Bestimmung der Dehnratenabhänigkeit werden hochdynamische Werkstoffprüfungen mit Versuchen im quasistatischen Bereich kombiniert. Diagramm der Fließspannungen und der Bruchdehnung bei verschiedenen Dehnraten und Temperaturen als Begründung der hochdynamische Werkstoffprüfung

Neben diesen Veränderungen können bei hohen Dehnraten auch zusätzliche Effekte wie das adiabatische Scheren auftreten.

Mehrachsige Beanspruchung

Zur Realisierung von verschiedenen mehrachsigen Beanspruchungen werden verschiedene Probenformen eingesetzt. Das Bild zeigt für verschiedene Probenformen die Versagensdehnung über den Parameter der Mehrachsigkeit.

Diagramm der Versagensdehnung über Mehrachsigkeit.

Anisotropie

Die richtungsabhängigen Materialeigenschaften werden darüber gewonnen, dass die Prüfkörper in verschiedenen Richtungen aus dem Material entnommen und geprüft werden.

Herausforderungen der hochdynamischen Werkstoffprüfung

Aufgrund der kurzen Versuchsdauern von z.T wenigen Mikrosekunden stellt die hochdynamischen Materialprüfungen hohe Anforderungen an die Prüftechnik. Die Messtechnik muss über eine hohe Grenzfrequenz und eine hohe Messrate verfügen. Bei der Nutzung der optischen Messtechnik müssen Hochgeschwindigkeitskameras eingesetzt werden. Der kurze Kraftimpuls entspricht einer Schwingungsanregung, das Kraftmessglied und die gesamte Prüfeinrichtung müssen so beschaffen sein, dass eine schwingungsarme Messung durchgeführt wird.

Prüfeinrichtungen

Für Vergleichsversuche im langsamen, quasistatischen Bereich stehen uns Universalprüfmaschinen zu Verfügung.

Eine der bekanntesten Versuchsarten für schlagartige Belastung ist der Kerbschlagbiegeversuch, den wir in seiner instrumentierten Variante anbieten.

Für höhere Dehnraten sind für gute Messeergebnisse schwingungsarm messende Spezialprüfmaschinen und hochdynamische Messeinrichtungen unerläßlich.

Im mittleren Geschwindigkeitsbereich setzen wir bei Druck-, Scher- und Biegeversuchen vorrangig unsere Fallwerke ein. Während bei Zugversuchen in diesem Bereich unsere Rotationsschlagwerke genutzt werden können.

Im hochdynamischen Bereich kommt noch stärker die schockwellenartige Belastung der Probe zum Tragen, dafür bietet sich inbesonders im Druck- und Scherbereich die Nutzung unserer Split-Hopkinson-Bar-Prüfstände an. Für besonders hohe Prüfgeschwindigkeiten kann unsere Gasdruckkanone genutzt werden.

Eine Spezialität für das Testen von Scherverhalten durch Torsionsbelastung im quasistatischen und hochdynamischen Bereich ist unsere Torsionsprüfmaschine DYNATOR.

Zur Anpassung an die verschiedenen Belastungsarten (Zug, Druck, Schub, Biegung) dienen in den verschiedenen Prüfmaschinen angepasste Vorrichtungen und Probenformen.

Messeinrichtungen

Für die Messung von Materialverformungen stehen uns die Verfahren der Bildkorrelation und Elektrooptische Extensometer zur Verfügung. Für die Kraft und Dehnungsmessung nutzen wir Instrumentierungen mit DMS in Kombination mit Hochgeschwindigkeits-Datenerfassungssystemen.

Ergebnisse

Aus den Ergebnissen der Werkstoffprüfungen unter verschiedenen Belastungen, Orientierungen, Dehnraten und Temperaturen werden von uns häufig Materialkarten für die numerische Simulation abgeleitet und anschließend durch Bauteilversuche validiert.

Sollten Sie Interesse an der hochdynamischen Werkstoffprüfung haben, so würden wir uns freuen, wenn Sie Kontakt mit uns aufnehmen.