VISAR-Mehrstrahl-Interferometer. FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR KURZZEITDYNAMIK, MTT: Hochgeschwindigkeitsaufnahmen; Polyetheretherketon (PEEK). E R N S T- M A C H - I N S T I T U T, E M I MESSTECHNIK Das EMI verwendet für beide Versuchstypen eine spezielle opti- Die Versuche werden normalerweise bei Raumtemperatur durch- sche Interferometertechnik – Geschwindigkeitsinterferometer vom geführt. Versuche mit Probenkühlung oder -heizung sind auch VISAR-Typ. VISAR ist die Abkürzung für »Velocity Interferometer möglich. Die Versuche können durch Hochgeschwindigkeitsfotos System for Any Reflecting surface«. Dies vereinfacht die Versuchs- oder -videos ergänzt werden. Proben können zur späteren mikro- durchführung und erhöht die Genauigkeit der Messergebnisse. skopischen Analyse aufgefangen werden. Die Messung beruht darauf, dass die im Material durchlaufenden elastischen und plastischen Wellen zu einer stufenweisen Untersuchungen in einer kleineren Serie von 2–3 Versuchen Beschleunigung des Probekörpers führen, die durch das Interfero- sind möglich. Parameterbestimmungen der Zustandsgleichung meter an der Probenrückseite (mit ± 2 Prozent Fehler) erfasst (equation of state, EOS) erfordern stets Versuchsserien, ebenso wird. Dieser Geschwindigkeits-Zeit-Verlauf (engl. »free surface Bestimmungen von Fließgrenzen-Dehnraten-Abhängigkeiten. velocity«) ist materialspezifisch; aus dem zeitlichen Verlauf der Geschwindigkeitskurve werden dynamische Materialdaten abgeleitet. Da die Methode kontaktfrei ist, wird das Material KONTAKT durch die Messung nicht beeinflusst, was z. B. bei Drucksensoren möglich wäre. Standard ist die Erfassung und Auswertung des Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik, Messsignals für die Bestimmung der Materialdaten an einem Ernst-Mach-Institut, EMI Punkt (Einstrahl-VISAR, üblicherweise in der Probenmitte), aber Eckerstraße 4 auch eine Mehrstrahlmessung (Mehrstrahl-VISAR) ist zur Erfas- 79104 Freiburg serung der Statistik realisierbar. Dies kann Reproduktionstests Dr. Frank Bagusat unnötig machen. Telefon +49 761 2714-406 [email protected] www.emi.fraunhofer.de Stand 11/ 2014 sung lokal differierender Materialeigenschaften bzw. zur Verbes- Titelbild: Probenschliffbild eines Planar-Platten-Impakt-Tests (links) und Taylor-Impakt-Tests (rechts). HOCHDYNAMISCHE MATERIALTESTS Probenhalter Probe Sabot Beschleuniger Projektil VISAR Impaktanlage am EMI. PPI: Schema der Versuchsanordnung. freie Oberflächengeschwindigkeit / m/s Geschwindigkeitsmessung 1000 800 600 400 200 0 -200 0 200 400 600 800 1000 1200 Zeit / ns PPI: Freie Oberflächengeschwindigkeit; C45-Stahl. HOCHDYNAMIK VERSUCHSBESCHREIBUNG Hochdynamische Materialtests sind zum Verständnis des Material- Beide Versuchsarten erfolgen auf Basis von Impaktversuchen, bei Der Impaktor ist aus gehärtetem Stahl gefertigt. Es stellt sich ein verhaltens unter dynamischen Belastungen notwendig, wie sie denen eine plane Probe von einem ebenfalls planen Impaktor mit Zustand dreidimensionaler Dehnung bei eindimensionaler Span- z. B. beim Fahrzeugcrash, im ballistischen Bereich, im Bereich definierter Geschwindigkeit getroffen wird. Der Impaktor erzeugt nungsverteilung ein. Der Einzelversuch ermöglicht die Bestim- schneller spanender Materialbearbeitung oder bei (Mikro-) im Prüfkörper elastische und plastische Wellen, die die eigentliche mung der elastischen Dehnung, der elastischen Dehnrate und der Meteoritenimpaktvorgängen auf Satelliten in der Erdumlaufbahn Materialbeanspruchung verursachen. dynamischen Fließgrenze. Charakterisierbar sind Metalle auftreten. und gut deformierbare Werkstoffe. Taylor-Impakt-Versuche (modifiziert; MTT) Besondere Untersuchungsmethoden Proben für Taylor-Impakt-Tests haben ein Länge -zu- Durchmesser- Das EMI bietet zwei besondere Untersuchungsmethoden der Verhältnis von 10:1. Bei einem Standarddurchmesser von Planar-Platten-Impakt-Versuche hochdynamischen Werkstoffforschung an, für die definierte 6 Millimetern beträgt die Probenlänge also 60 Millimeter. Typische Proben für PPI-Tests haben einen Durchmesser von Materialproben verwendet werden: Einen modifizierten Taylor- Typische Impaktgeschwindigkeiten liegen zwischen 200 und 50 Millimetern bei einigen Millimetern Dicke. Beim Impakt stellt Impakt-Test (MTT) mit stabförmigen Proben und den Planar- 400 Metern pro Sekunde, wobei bei Metallproben elastische sich ein Zustand eindimensionaler Dehnung bei dreidimensionaler Platten-Impakt-Test (PPI) mit plattenförmigen Proben. Diese Tests Dehnraten von 1.000 1/s und höher erreicht werden. Spannungsverteilung ein. Üblich ist die Durchführung von »di- erzeugen eine definierte Materialbelastung und ermöglichen die rekten« Versuchen, bei denen die Probenrückseite interferome- Bestimmung von hochdynamischen Materialdaten, die direkt für trisch beobachtet wird, z. B. für Metalle. Werkstoffe, die porös, Werkstoff- und Bauteilsimulationen verwendet werden. Taylor- inhomogen und/oder schlecht reflektierend sind (Beton; Gestein), Impakt- und PPI-Versuche sind zwar spezielle, aber internatio- lassen sich unter Umständen besser in sogenannten »indirekten« nal seit Jahrzehnten übliche Versuchstypen, die deutlich höhere Versuchen charakterisieren. Die Impaktgeschwindigkeiten können Dehnraten als Split-Hopkinson-Bar-Untersuchungen erreichen. bis etwa 1.000 Meter pro Sekunde gesteigert werden (max. In der hier beschriebenen Form werden diese Versuchstypen in Belastung > 20 GPa, max. Dehnrate > 1 Mio/s). Direkte Versuche Deutschland ausschließlich am Fraunhofer EMI durchgeführt. ermöglichen die Bestimmung der elastischen und plastischen Dehnung, der elastischen und plastischen Dehnrate und der dynamischen Fließgrenze, der Schock- und Partikelgeschwindigkeit sowie der Spallation aus einem Experiment. MTT: Freie Oberflächengeschwindigkeit; Automatenstahl 11SMn30+C.
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