Dienstleistungen des Fachgebietes Technische Mechanik/Kontinuumsmechanik

Werkstoff- und Bauteilprüfung mit einer Zug/Druck–Torsions–Universalprüfmaschine

Die hydraulische Universalprüfmaschine der Firma Schenck ist mit jeweils einem Axial- und einem Torsionszylinder ausgestattet. Der Axialzylinder lässt bei einer Maximalkraft von 250 kN Wege von ±50 mm zu. Der Torsionszylinder bringt ein maximales Drehmoment von 1000 Nm auf. Als Zwei-Kammern-Zylinder ausgeführt kann er Winkel von ±50° überdecken. Die Prüfmaschine wird angetrieben durch ein Hydraulik-Aggregat, das einen maximalen Druck von 200 bar zur Verfügung stellt. Die Servoventile lassen einen maximalen Volumenstrom von 9,5 l/s zu, was bei der Geometrie des Axialzylinders in eine maximale Hubgeschwindigkeit von 770 mm/s umgesetzt werden kann. Bei harmonischer Zyklierung und einer Wegamplitude beispielsweise von 2 mm entspricht dies einer theoretisch möglichen Frequenz von 60 Hz. Dies setzt natürlich voraus, dass die vorhandenen Kräfte ausreichen, um die beweglichen Teile entsprechend zu beschleunigen. Da die bewegten Massen ca. 100 kg betragen, liegt die tatsächlich erreichbare maximale Zyklierungsfrequenz, abhängig von der Steifigkeit der Probe, deutlich niedriger. Auf Basis von Erfahrungen liegt sie bei ca. 5 bis 10 Hz. In der Prüfmaschine sind eine Kraft/Momenten-Messdose und ein Weg- bzw. Winkelaufnehmer fest installiert, die jeweils auf die Maximalwerte ausgelegt sind. Diese Messaufnehmer können mit vorhandenen Adaptern durch Messdosen und Wegsensoren, die in verschiedenen Abstufungen der Maximalwerte ebenfalls vorhanden sind, ergänzt werden. Es existieren Einspann­vorrichtungen für unterschiedliche Probengeometrien. Für besondere Wünsche, können weitere Spannvorrichtungen in der Werkstatt des Fachbereichs zeitnah gefertigt werden. Zusammen mit der Hydraulik wurde auch die Steuerungs-  und Regelungstechnik der Maschine 2010 vollständig modernisiert und erfolgt nun durch einen Cats Cube der Fa. Zwick&Roell. Dieser bedient insgesamt vier Mess- und zwei Servokanäle. Gesteuert wird diese Einheit über das Softwarepaket Cubus, das vielfältige, frei programmierbare, zeit- und ereignisgesteuerte Prozesse  zulässt, wenn gewollt auch mit Übergang von Kraftgrößen- zu Weggrößensteuerung während der laufenden Messung. Die Messwertverarbeitung erfolgt z.B. mit dem kommerziellen Programm Labview. Neben der mehrachsigen mechanischen Belastung können die Proben durch eine Induktionsheizung bis zu 800 °C erwärmt werden. Mittels Thermographie werden die Temperaturen berührungsfrei gemessen und die Werte der Reglereinheit zugeführt.

 

Kurzfassung der Betriebsdaten:

  • 250 kN Zug-Druck bei ±50 mm Weg und max. 770 mm/s
    Hubgeschwindigkeit
  • 1000 Nm Torsion bei Winkeln von ±50°
  • Temperaturen bis 800° regelbar

 

Technikum

Hier spielen Betriebsfestigkeitsanalysen von Großbauteilen wie z. B. Fahrzeugachsen sowie dynamische Festigkeitsanalysen und Crashversuche eine zentrale Rolle. Es stehen servohydraulische Prüfmaschinen mit teilweise mehrachsiger (Zug-Torsions-) Belastung für statische und (hoch)dynamische Untersuchungen zur Verfügung. Ein Fallprüfstand ermöglicht Aufprallgeschwindigkeiten bis 40 km/h, ein Schnellzerreißprüfstand Geschwindigkeiten bis 30 km/h. Zu Analysezwecken steht u. A. ein Stereo-Highspeed Bildkorrelationssystem mit bis zu 775.000 Bildern/sec zur Verfügung. Zudem werden Hochdrehzahlversuche bis 20.000 U/min durchgeführt.

 

Bruchmechanische Bewertung der Festigkeit und Lebensdauer technischer Strukturen

Numerische Beanspruchungsanalysen von Rissen, auch in komplexen technischen Strukturen. Berechnung bruchmechanischer Beanspruchungsgrößen, d.h. K-Faktoren, Energiefreisetzungsrate oder J-Integral auf der Basis kommerzieller und eigener Codes. Quasistatische und dynamische Lastfälle, linear elastisch oder inelastisches Materialverhalten, Risswachstum. Bewertungen hinsichtlich Lebensdauerabschätzung, kritischer Lasten für katastrophales Versagen oder Festsetzung technischer Inspektionsintervalle. Leistungsfähige Hardware auch zur numerischen Behandlung sehr großer Modelle vorhanden.

 

Entwicklung von Materialmodellen für Struktur- und Funktionswerkstoffe

Insbesondere konstitutive Gesetze zur Beschreibung nichtlinearen, inelastischen Materialverhaltens, auch Phasenumwandlungen. Prüftechnik und Know-How zur Identifikation von Materialparametern vorhanden. Erfahrungen im Bereich Multifunktionswerkstoffe: Ferroelektrika, Ferromagnetika, Multiferroika.