Elektrodynamisches Axial-Torsional-Schwingprüfsystem

• Fachliche Zuordnung: Werkstofftechnik
• Förderung: Förderung in 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 543857918

Vor dem Hintergrund der zuverlässigen Verwendung von Implantaten und der schädigungstoleranten Auslegung von Faser-Verbundwerkstoffen, neuartigen Stählen und Leichtmetallen stellt die betriebsnahe Prüfung eine notwendige Voraussetzung dar. Eine detaillierte Aufklärung der im Werkstoff ablaufenden Verformungs- und Schädigungsmechanismen unter kombinierter mehraxialer Beanspruchung, verbunden mit Temperatur- und/oder Korrosionsbeaufschlagung, erfordert die Entwicklung neuer Prüfmethoden und Schädigungsmodelle. Das Axial-Torsional-Schwingprüfsystem, schärft den Profilbereich „Von Elementarteilchen zu neuen Produkten entlang von Wertschöpfungsnetzwerken“ an der TU Dortmund maßgeblich. Im Bereich der permanenten und bioresorbierbaren Implantate mit maßgeschneiderter Funktionalität ist die patient:innensichere Auslegung grundlegend für die verantwortungsbewusste Verwendung. Typische Anwendungsbeispiele, wie Knochenschrauben und Wirbelsäulenimplantate, erfahren im Einsatz komplexe mehraxiale Beanspruchungen, zumeist überlagert durch eine Korrosionsbeanspruchung anhand von Körperflüssigkeiten. Die anwendungsnahe Charakterisierung der Ermüdungseigenschaften unter diesen Bedingungen stellt, insbesondere vor dem Hintergrund der Anforderungen an die Kontaminationsfreiheit, vielfältige Anforderungen an das Prüfsystem, die das beantragte Gerät in Verbindung mit der vorhandenen Ausstattung in hervorragender Weise erfüllt. Im Kontext von Faser-Verbundwerkstoffen ist das Werkstoffverhalten unter mehraxialer Beanspruchung bislang wenig erforscht. Das beantragte Axial-Torsional-Prüfsystem erweitert die Prüfmöglichkeiten daher in Bezug auf die Aufdeckung nicht bekannter Schädigungsmechanismen bei Tieftemperatur sowie erhöhter Temperatur. Dabei ist die Möglichkeit der optischen Überwachung während der Prüfung gegeben. Insbesondere bei Stählen und Leichtmetallen können Risspfade und das Rissausbreitungsverhalten abhängig von Defektverteilung und Mikrostruktur in einem breiten Anwendungsbereich in universelle, mikrostruktur- und defektbasierte Schädigungsmodelle überführt werden. Durch die zyklische Prüfung bei unterschiedlichen Temperaturen und Anteilen überlagerter axialer und torsionaler Beanspruchungen wird vor dem Hintergrund aktueller Forschung im Bereich der prozess- und verformungsinduzierten Schädigungsevolution eine Separierung der grundlegenden Mechanismen, sowohl in Bereichen geringer, als auch sehr hoher Lastspielzahlen, ermöglicht und so ein breites Verständnis der Verformungs- und Schädigungsvorgänge sowie deren Auswirkungen auf das Werkstoff- und Bauteilverhalten geschaffen. Die gewonnenen Erkenntnisse werden im Anschluss für die Validierung und Übertragung auf andere mehraxiale Beanspruchungszustände übertragen, um letztlich werkstoff-, mikrostruktur-, umgebungs- und beanspruchungsübergreifende Materialmodelle im Sinne der bedarfsgerechten Auslegung der Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehungen zu generieren.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Elektrodynamisches Axial-Torsional-Schwingprüfsystem
• Gerätegruppe: 2910 Dynamische Prüfmaschinen und -anlagen, Pulser
• Antragstellende Institution: Technische Universität Dortmund
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Frank Walther