Servohydraulische Prüfmaschine
Final Report Abstract
Die Nutzung der servohydraulischen Prüfmaschine erfolgte durch die Professuren Festkörpermechanik und Technische Mechanik/Dynamik der Technischen Universität Chemnitz. Die Besonderheit derartiger Prüfmaschinen besteht darin, hohe Belastungsgeschwindigkeiten im zügigen und zyklischen Bereich realisieren zu können. Diese Eigenschaft wurde in den Forschungsvorhaben vielfältig genutzt. Dabei erfolgte die Prüfung unterschiedlicher Proben in verschiedenen Kraft-, Weg- und Geschwindigkeitsbereichen. Im Bereich der Entwicklung von Demonstratoren aus stranggepressten Aluminium/Magnesium-Verbunden im Rahmen des DFG Sonderforschungsbereiches 692 wurde die Prüfmaschine für die Untersuchung des Schädigungsverhaltens der Grenzschicht (Interface) zwischen beiden Metallen bei erhöhten Temperaturen eingesetzt. Untersucht wurde der Einfluss der Grenzschichtdicke sowie der Belastungsgeschwindigkeit auf die Schädigung (Fragmentierung) des Interface. In Rinnenstauchversuchen wurden aus dem stranggepressten Halbzeug entnommene Proben belastet und deformiert. Mithilfe der servohydraulischen Prüfmaschine konnten die für diese Forschung notwendigen Belastungsgeschwindigkeiten (bis zu 200 mm/s) realisiert werden. Experimentell nachgewiesen wurde eine erhöhte Neigung zur Fragmentierung bei steigender Belastungsgeschwindigkeit und größerer Grenzschichtdicke. Darüber hinaus wurden im Schwerpunktprogramm SPP1712 Versuche zur Identifikation der Parameter eines Materialmodells für einen teilkristallinen Thermoplast durchgeführt. In dem betreffenden Teilprojekt wird ein intrinsischer Hybridbverbund, speziell ein Aluminium-FVK-Hybrid, experimentell und simulativ untersucht. Zur Abbildung des Materialverhaltens des Matrixwerkstoffes PA 6 wurde ein viskoelastischviskoplastisches Materialmodell entwickelt. Dabei stellt dieses Materialmodell die Grundlage dar, den FVK simulativ zu charakterisieren. Zusätzlich wurde das Materialmodell auch im Rahmen der Identifikation und Simulation der Interfacebeanspruchung angewendet. Zur Bestimmung der Parameter des Materialmodells wurden Zugproben aus PA6 verwendet und im Zugschwellbereich mit unterschiedlichen Grundbeanspruchungen und Amplituden bei verschiedenen Prüffrequenzen belastet. Dabei ermöglichte die Anwendung der servohydraulischen Prüfmaschine Untersuchungen in einem großen Belastungsgeschwindigkeitsbereich. Im Rahmen des Forschungsprojektes „Probekörperdesign für hochpräzise Zug-/Druckmessungen“ wurde ein Hantel-Probekörper mit Belastungsvorrichtung für die Umsetzung von Zug-/Druckversuchen zur Materialcharakterisierung und Parameteridentifikation mit Elastomerproben entwickelt. Das Probekörper-Setup, welches sehr große Stauchungen bei nahezu homogener Beanspruchung ermöglicht, wurde unter Verwendung der servohydraulischen Prüfmaschine für die Charakterisierung der Werkstoffe hinsichtlich dynamischer Verhärtung und weiterer geschwindigkeitsabhängiger Effekte (Reibungseinfluss, Erwärmung) sowie für Lebensdauerversuche genutzt. Dafür wurden zyklische Versuche mit verschiedenen Amplituden und Prüffrequenzen durchgeführt. Im Rahmen der Untersuchungen erfolgte die Implementierung eines Digital Image Correlation (DIC) Systems zur berührungslosen Erfassung der Deformationen auf der Probenoberfläche für einen großen Geschwindigkeitsbereich. Darüber hinaus wurde die Prüfmaschine im Forschungsprojekt „Entwicklung von Grundlagen für dünne Schichten und Materialien in Industrieanwendungen“ in Kooperation mit der Westsächsischen Hochschule Zwickau für die Ermittlung dynamischer Materialparameter von verschiedenen Epoxidharzen genutzt. Grundlage dafür waren zyklische Zugversuche mit einer Variation der Prüffrequenz bis zu 70 Hz. Die Bestimmung der Materialparameter erfolgte mittels Fourier-Transformation. Im Fokus stand dabei die Analyse der Dämpfungseigenschaften der Materialien. Weiterhin wurden Versuche zur Analyse des Ermüdungsverhaltens von Applikationen mit elektrischen Dehnungsmessstreifen durchgeführt. Die Sensoren wurden dazu auf Aluminiumproben präpariert. Erste Untersuchungen zur Lebensdauer der Applikationen erfolgten mittels Zugschwellbelastung. Die Besonderheit dieser Untersuchungen liegt in einer plastischen Vordeformation der Proben und DMS. Die Wegamplituden wurden deutlich kleiner als die Vorlast gewählt (Verhältnis Amplitude/Vorlast ca. 1/10). Im Rahmen des DFG-Projektes „Physikalisch-konsistente Simulation der Thermodynamik faserverstärkter Kunststoffe“ wird das dynamische Verhalten von Profilstäben (Hohlprofile) aus faserverstärkten Kunststoffen (CFK) untersucht. Für diese genannten Profilstäbe gibt es keine Herstellerangaben zum dynamischen Elastizitätsmodul des Faserverbundes. Daher ist es für die numerische Simulation der Stäbe erforderlich, Materialparameter basierend auf experimentellen Daten zu identifizieren. Dafür wurden mit der servohydraulischen Prüfmaschine Zugschwellversuche durchgeführt. Aufgrund der Werkstoffeigenschaften und der speziellen Probengeometrie war es zunächst erforderlich, die Klemmbedingungen der Proben systematisch zu untersuchen und gezielt einzustellen. Mithilfe der experimentellen Untersuchungen konnten bei Frequenzen zwischen 5 Hz und ca. 100 Hz Werte für den dynamischen Elastizitätsmodul ermittelt werden.
Publications
- Production and modelling of an intrinsic hybrid metal composite for automotive parts, International Journal of Automotive Composites (IJAUTOC), Vol. 2, No. 3/4, 2016, S. 209-228
Robert Kießling, Jörn Ihlemann, Matthias Riemer, Welf-Guntram Drossel
(See online at https://doi.org/10.1504/IJAUTOC.2016.084325) - Efficiency of rubber material modelling and characterization Constitutive Models for Rubber X: Proceedings of the European Conference on Constitutive Models for Rubbers X. - London : CRC Press, 2017, S. 19-29 ISBN/ISSN: 978-1-138-03001-5
Hendrik Donner, Lars Kanzenbach; Christoph Naumann, Jörn Ihlemann
(See online at https://doi.org/10.1201/9781315223278-3) - Rate dependency of interface fragmentation in Al-Mgcompounds, Proceedings of the 34th Danubia-Adria Symposium, Triest, 2017 ISBN/ISSN: 978-88-8303-863-1
Carola Kirbach, Martin Stockmann, Jörn Ihlemann
- A fragmentation criterion for the interface of a hydrostatic extruded Al-Mg-compound, Metals 2018, 8, 157
Carola Kirbach, Martin Stockmann, Jörn Ihlemann
(See online at https://doi.org/10.3390/met8030157) - Determination of the strength of polymer-metal interfaces under mixed mode loading using buttbonded hollow cylinders, International Journal of Adhesion and Adhesives, 2018
Erik Saborowski, Robert Kießling, Axel Dittes, Gerd Paczkowski, Jörn Ihlemann, Thomas Lampke
(See online at https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2018.11.009) - Dynamic testing of a specimen setup for combined high precision uniaxial tension-compression tests of rubber, Proceedings of the 35th Danubia-Adria Symposium, Sinaia, 2018 ISBN/ISSN: 978-606-23-0874-2
Lars Kanzenbach, Erik Oelsch, Thomas Lehmann, Jörn Ihlemann
(See online at https://dx.doi.org/10.1016/j.matpr.2019.03.139)
