Hochfrequenzpulsator mit Temperierkammer

• Fachliche Zuordnung: Mechanik und Konstruktiver Maschinenbau
• Förderung: Förderung in 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 441960148

Durch den beantragten Hochfrequenzpulsator mit Temperierkammer sollen neue wissenschaftliche Felder mit neuen Messmethoden z.B. hinsichtlich des very high cycle fatigue (VHCF), der Betriebsfestigkeit, der Ermittlung des Schwellenwertes gegen Ermüdungsrissausbreitung oder variabler Amplitudenbelastung im thresholdnahen Bereich eröffnet werden. Technisch schließt der Hochfrequenzpulastor eine Lücke zwischen der am Lehrstuhl für Strukturmechanik vorhandenen Ultraschallprüftechnik und der Servohydraulik und soll gezielt bei Forschungsvorhaben eingesetzt werden, bei denen sowohl hohe Prüfkräfte also auch hohe Prüffrequenzen gefordert sind.So soll im VHCF-Bereich die Rissentstehung mittels additiv gefertigter Proben untersucht werden, in die künstliche Fehlstellen (Artefakte) in Form eines Hohlraums oder eines künstlichen Elements während des Druckprozesses eingebracht wurden. Um den Größeneinfluss durch Variation der Fehlstellenlage und -größe sowie einer Biege- und Torsionsbeanspruchung mit unterschiedlichen Mittelspannungen untersuchen zu können, ist der Einsatz größerer Proben bei hohen Lastfrequenzen erforderlich. Darüber hinaus sollen Ermüdungsversuche beispielsweise an additiv gefertigten funktional gradierten porösen Strukturen oder bauteilähnlichen Proben im Bereich der Medizintechnik durchgeführt werden. Durch zahlreiche Einflussfaktoren ist eine Variantenvielfalt sowie höhere Grenzschwingspielzahlen zu untersuchen, die lediglich durch hohe Frequenzen und damit geringe Versuchszeiten realisierbar sind. Ebenfalls eine große Anzahl an grundlegenden Ermüdungsversuchen ist im Bereich der Betriebsfestigkeit zur Beschreibung der Ansätze nach dem Restfestigkeits- bzw. Reststeifigkeitskonzept z.B. für Faserverbundstrukturen erforderlich, die verschiedene Spannungsniveaus und R-Verhältnisse sowie die Lastrichtung berücksichtigen.Von besonderem Interesse sind jedoch nicht nur konstante Amplitudenbelastungen, sondern auch Betriebsbelastungen sowohl im Kontext der Betriebsfestigkeit als auch hinsichtlich der Ermüdungsrissausbreitung, insbesondere im thresholdnahen Bereich. Bei der Betriebsfestigkeit sind es z.B. Kollektivmanipulationen wie Omission oder Truncation, die im Hinblick auf sehr hohe Lastwechselzahlen zu erforschen sind. Im Bereich der Thresholdwertermittlung unter Mode I und insbesondere auch Mixed Mode Beanspruchung sollen neue Versuchstechniken erprobt werden, die eine blockweise Aufbringung hoher Lastwechselzahlen erfordern. In der Praxis sind zudem zahlreiche Bauteile, wie z.B. Pipelines, Schiffsstrukturen, Radsatzwellen oder Rotorwellen von Windenergieanlagen, wechselnden Temperaturen bis deutlich unter den Gefrierpunkt ausgesetzt. Während der Einfluss aufgrund tiefer Temperaturen auf die Risszähigkeit weitestgehend bekannt ist, sind das Ermüdungsrisswachstum im thresholdnahen Bereich sowie die entsprechenden Mechanismen nur sehr wenig untersucht worden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Hochfrequenzpulsator
• Gerätegruppe: 2910 Dynamische Prüfmaschinen und -anlagen, Pulser
• Antragstellende Institution: Universität Rostock
• Leiterin: Professorin Dr.-Ing. Manuela Sander