Universalprüfmaschine zur Untersuchung der Materialermüdung in Polymeren

• Fachliche Zuordnung: Werkstofftechnik
• Förderung: Förderung in 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 571456542

Mit fortschreitender Digitalisierung und der Entwicklung neuartiger numerischer Methoden, wie zum Beispiel das maschinelle Lernen (ML) und die Big-Data-Analyse, wurden Möglichkeiten eröffnet, die die Ingenieurwissenschaften nachhaltig verändern werden. Allerdings verlangen diese Methoden eine sehr starke Kopplung an experimentelle Untersuchungen, wie z.B. für das Training und die Validierung von Neuronalen Netzen (NN). Unter anderem wird diese Tendenz in der Materialmodellierung deutlich sichtbar, welche am beantragenden Fachgebiet erforscht wird. Dabei liegt der Akzent vor allem auf polymerartigen Materialien wie z.B. Hydrogele, karbonfaserverstärkte und recycelte Kunststoffe. Das beantragte Prüfgerät stellt eine Kombination einer statisch-dynamischen Prüfmaschine, einer DIC-Kamera für die optische Spannungs- und Dehnungsanalyse und einem Messwerterfassungssystem dar. Dieses System wird als Universalprüfmaschine bezeichnet und ist für die bruchmechanische Untersuchung von additiv gefertigten Kunststoffen eine optimale Lösung. Die optische Spannungs- und Dehnungsanalyse ermöglicht bei der Ermüdungsuntersuchung die Rissinitiierung zu detektieren und das Risswachstum pro Lastzyklus zu bestimmen. Hierzu wird ein Messsystem angewendet, welches Messdaten erfasst, analysiert und im Fall der Rissinitialisierung speichert. Das Messwerterfassungssystem verfügt über Halbbrücken-, Vollbrückenschaltung, Spannungseingänge und Schnittstellen zu LabVIEW und zum DIC-Kamerasystem für eine präzise Videosequenzanalyse. Am beantragenden Fachgebiet laufen bereits einige Projekte, bei denen der Einsatz der Universalprüfmaschine zur Erweiterung des Forschungsfeldes beitragen wird. Gleichzeitig wird an einer Reihe von Forschungsanträgen für den zukünftigen Einsatz des Großgerätes gearbeitet. Eines der Projekte untersucht, ob durch den Einsatz von Kunststoff-Rezyklaten die ressourcenschonendere und gebrauchstauglichere feste Bahnschwelle für einen klimafreundlichen Bahnbau entwickelt werden kann. Des Weiteren wird die Prüfmaschine zur Untersuchung von Hydrogelen eingesetzt. Diese haben ein breites Anwendungsspektrum, welches von der medizinischen Forschung bis hin zur Biomechanik reicht. Hier werden unter anderem Tests in einem Wasserbad durchgeführt, um anwendungsgetreue Bedingungen zu realisieren. Zukünftig ist auch eine Reihe von Untersuchungen für die Entwicklung von ML-basierten Homogenisierungsmethoden geplant. Diese werden für die Simulation von additiv gefertigten kohlenstoffverstärkten Polymeren angewendet und untermauern, dass die Universalprüfmaschine zahlreiche Möglichkeiten eröffnet, um neuste wissenschaftliche Ergebnisse von höchster Qualität und Relevanz zu liefern.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Universalprüfmaschine zur Untersuchung der Materialermüdung in Polymeren
• Gerätegruppe: 2910 Dynamische Prüfmaschinen und -anlagen, Pulser
• Antragstellende Institution: Technische Universität Berlin
• Leiterin: Professorin Dr.-Ing. Sandra Klinge