Materialprüfung bei hohen Dehnraten

Untersuchung von Composites, Metallen und Kunststoffen

© Fraunhofer EMI
Arbeit am Split Hopkinson Tension Bar.
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Auswertung der Versuchsergebnisse der Prüfung einer sowohl mechanisch gefügten als auch geklebten Verbindung von Aluminium und CFK.
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Spannzangen mit konstanter akustischer Impedanz (siehe Ganzenmüller et al. 2018) und eingespannter CFK-Probe.

Split Hopkinson Bars (SHB) sind Prüfanlagen, die es ermöglichen, qualitativ hochwertige Materialkennwerte (Spannungs-Dehnungs-Relation) bei hohen Belastungsgeschwindigkeiten zu bestimmen. Die erreichbaren Dehnraten liegen dabei, abhängig von der Probengeometrie und den zu testenden Werkstoffen, zwischen 200 s-1 und 3000 s-1. Am Fraunhofer EMI ergänzen sie die klassischen servohydraulischen Prüfmaschinen für den mitteldynamischen Geschwindigkeitsbereich (quasi-statisch bis 200 s-1). Dies erlaubt unter anderem die Kalibrierung dehnratenabhängiger Materialmodelle für die Finite-Elemente-Simulation wie zum Beispiel dem Johnson-Cook-Modell über einen breiteren Dehnratenbereich.


Einsatz für Druck- oder Zugbelastung: als Split Hopkinson Pressure Bar oder Split Hopkinson Tension Bar

Bei Split Hopkinson Bars wird eine Belastungswelle über lange Stäbe in die Proben eingebracht. Diese besondere Geometrie verhindert Oszillationen von Masseansammlungen in der Messkette und ermöglicht die Erzeugung zuverlässiger Ergebnisse ohne Filterung. Das Fraunhofer EMI verfügt sowohl über Versuchsanlagen zur Prüfung bei Druckbelastung (Split Hopkinson Pressure Bar, SHPB) als auch zur Prüfung bei Zugbelastung (Split Hopkinson Tension Bar, SHTB).


Die richtige Prüfanlage, passend zu diversen zu testenden Materialien

Das Institut hat langjährige Erfahrung im Bereich der Materialprüfung. Dafür sind unterschiedliche Prüfanlagen zur Untersuchung von weichen Materialien wie Schäumen und gummiartigen Materialien, unverstärkten und verstärkten Kunststoffen (glasfaserverstärkten GFK oder kohlenstofffaserverstärkten CFK) bis hin zu Metallen wie Aluminium, Titan, hochfestem Stahl und Wolframlegierungen vorhanden.

 

Weiterführende Links:

Dynamischer Rissfortschritt

https://www.emi.fraunhofer.de/de/geschaeftsfelder/luftfahrt/forschung/Dynamischer-Rissfortschritt.html

Sichere Fügeverbindungen bei extremen Lasten

https://www.emi.fraunhofer.de/de/geschaeftsfelder/verteidigung/forschung/sichere-fuegeverbindungen-bei-extremen-lasten.html

 

Weitere Links:

Wikipedia SHB (en)

https://en.wikipedia.org/wiki/Split-Hopkinson_pressure_bar

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Split Hopkinson Tension Bar.