Detailseite
Projekt
Hochgeschwindigkeitsprüfmaschine
Fachliche Zuordnung
Mechanik und Konstruktiver Maschinenbau
Förderung
Förderung in 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 523842938
Das mechanische Verhalten von Werkstoffen, Strukturen oder strukturellen Verbindungen unterscheidet sich oftmals bei schneller, kurzzeitdynamischer Belastung im Vergleich zur quasi-statischen Belastung. Hier spricht man vom sogenannten Dehnrateneffekt, welcher insbesondere bei Faserverbundwerkstoffen zu signifikanten Festigkeitserhöhungen unter hohen Versuchsgeschwindigkeiten führen kann. Auch Steifigkeiten, Bruchdehnungen und Versagensmoden können sich bei verschiedenen Dehnraten unterscheiden. Kenntnisse über derartige Dehnrateneffekte der Werkstoffe sind im Bereich des strukturellen Crash- und Impactverhaltens essentiell.Für eine derartige experimentelle Charakterisierung wird eine servo-hydraulische Hochgeschwindigkeitsprüfmaschine (auch Schnellzerreißmaschine genannt) verwendet, welcher Gegenstand dieses Großgeräteantrags ist. In einer solchen Prüfmaschine ist eine Coupon- oder Strukturprobe wie in einer herkömmlichen Prüfmaschine eingespannt. Die obere Probeneinspannung wird jedoch über eine Vorlaufstrecke mittels Hydraulikdruck stark beschleunigt, bevor die Last schlagartig in die Probe eingebracht wird. Hochgeschwindigkeitsprüfmaschinen in der Leistungsklasse 160 kN für hochfeste Faserverbundwerkstoffe erreichen Geschwindigkeiten bis 20 m/s, wodurch je nach Probengeometrie typischerweise Dehnraten bis ca. 600 1/s umgesetzt werden (zum Vergleich: quasi-statische Versuche erfolgen im Bereich von ca. 0.001 1/s).Für die Datenakquisition und Messwertaufnahme von Kraft-Weg- bzw. Spannungs-Dehnungs-Signalen ist ein Hochgeschwindigkeitsmessverstärker mit einer genügend hohen Aufnahmefrequenz erforderlich und Teil der Anlage, um während des Versuchs, der nur wenige Millisekunden dauert, eine ausreichend große Anzahl an Datenpunkten aufzunehmen. Für die Dehnungsmessung wird typischerweise ein optisches Hochgeschwindigkeitsmesssystem auf Basis der Stereokorrelation zweier Hochgeschwindigkeitskameras verwendet (Digital Image Correlation). Die Beschaffung dieser Hochgeschwindigkeitsprüfmaschine mit optischem Hochgeschwindigkeitsmesssystem erfolgt im Rahmen der Neuberufung von Prof. Heimbs an die TU Braunschweig und ist erforderlich für die in diesem Rahmen angestrebten wissenschaftlichen Forschungsaktivitäten des Instituts für Flugzeugbau und Leichtbau (IFL) im Bereich der Kurzzeitdynamik. Prof. Heimbs ist ein ausgewiesener Experte in diesem Fachbereich und baut ebendiesen nach seiner Berufung am IFL auf und erweitert seine umfangreichen bisherigen Forschungstätigkeiten. Zahlreiche Forschungsprojekte sind in Planung und teilweise schon bewilligt, die sich mit der kurzzeitdynamischen Charakterisierung von Leichtbau- und Faserverbundwerkstoffen sowie Fügetechnologien beispielsweise für innovative Flügelstrukturen unter Vogelschlagbelastung, für neuartige Energieabsorber oder für neue Methoden der Materialmodellierung mit dehnratenabhängigen intra- und interlaminaren Festigkeiten und Bruchenergien für Finite-Elemente-Simulationen befassen.
DFG-Verfahren
Forschungsgroßgeräte
Großgeräte
Hochgeschwindigkeitsprüfmaschine
Gerätegruppe
2910 Dynamische Prüfmaschinen und -anlagen, Pulser
Antragstellende Institution
Technische Universität Braunschweig
