DD295238A5

DD295238A5 - CROSS-LEVEL, LEVEL SAMPLE, PARTICULARLY OF LEAF, FOR A TWO-SIDED MATERIAL TESTING IN THE AREA OF BIG DEVELOPMENT

Info

Publication number: DD295238A5
Application number: DD34176790A
Authority: DD
Inventors: Friedrich Mathiak; Arnold Krawitz; Horst Nowack; Karl-Heinz Trautmann
Original assignee: Innovationsgesellsch. F. Fortgeschr. Produktionssysteme In D. Fahrzeugind. Mbh,Wb
Priority date: 1990-06-18
Filing date: 1990-06-18
Publication date: 1991-10-24

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine kreuzfoermige, ebene Probe, insbesondere aus Blech, fuer eine zweiachsige Materialpruefung im Bereich groszer Dehnung, wobei die vier Probenarme der Kreuzprobe jeweils in eine Spannbacke einer Pruefeinrichtung einspannbar sind, Lasteinleitungselemente bilden und den ein Meszgebiet bildenden Mittenbereich der Kreuzprobe begrenzen. Ziel der Erfindung ist die Erzeugung homogener Spannungs- und Verzerrungszustaende im Meszgebiet der Kreuzprobe, um Stoffgleichungen der sogenannten einfachen Stoffe im Sinne von W. Noll zu bestimmen. Zu diesem Zweck werden die Lasteinleitungselemente mit Schlitzen versehen. Die Lasteinleitungselemente koennen geeignet verstaerkt werden.{kreuzfoermig, ebene Probe; zweiachsige Materialpruefung; Bereich groszer Dehnung; Probenarme; Spannbacke; Lasteinleitungselemente; Meszgebiet; Stoffgleichungen}The invention relates to a kreuzfoermige, flat sample, in particular of sheet metal, for a biaxial material examination in the region of large elongation, wherein the four sample arms of the cross sample are each clamped in a clamping jaw of a test device, form load introduction elements and limit the Meszgebiet forming a central region of the cross sample , The aim of the invention is to generate homogeneous states of stress and distortion in the measurement region of the cross sample, in order to determine substance equations of the so-called simple substances in the sense of W. Noll. For this purpose, the load introduction elements are provided with slots. The load introduction elements can be suitably reinforced {cross-shaped, flat sample; biaxial material testing; Range of large elongation; Samples arms; Clamping jaw; Load transfer elements; Meszgebiet; Constitutive equations}

Description

Hierzu 8 Seiten ZeichnungenFor this 8 pages drawings

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine kreuzförmige, ebene Probe, insbesondere aus Blech, für eine zweiachsige Materialprüfung im Bereich großer Dehnung, mit vier Lasteinleitungselemente bildenden Armen, deren eines Ende jeweils einen ein rVießgebiet bildenden Mittelbereich der Probe begrenzt, deren anderes Ende jeweils in einer Spannbacke einer Prüfeinrichtung einspannbar ist und über die in der Ebene der Probe sowohl längs einer ersten Koordinate (X) als auch längs einer zu dieser senkrechten zweiten Koordinate (Y) jeweils einander entgegengesetzte Zugbelastungen einleitbar sind.The invention relates to a cross-shaped, planar sample, in particular of sheet metal, for a biaxial material testing in the region of large elongation, with four load-introducing elements forming arms whose one end defines a rVießgebiet forming a central region of the sample, the other end in each case in a clamping jaw of a test device can be clamped and on the in the plane of the sample both along a first coordinate (X) and along a perpendicular to this second coordinate (Y) each opposite tensile loads can be introduced.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Zur experimentellen Erfassung des inelastischen Verhaltens z. B. metallischer Werkstoffe ist die Ermittlung der im allgemeinen (großen) zweiachsigen Dehnunpyn unter zweiachsiger Spannungsbeanspruchung erforderlich. Es werden homogene Spannungs- und Verzerrungszustände in Materialproben benötigt, um Stoffgleichungen der sogenannten einfachen Stoffe im Sinne von Noll (W. Noll „A new mathematical theory of simple materials" Archive for Rational Mechanics and Analysis 48.1 (1972)) zu bestimmen. Zweiachsige Spannungszustände in Versuchsproben aus Blech lassen sich entweder durch Verwendung von kreuzförmigen Proben oder von dünnwandigen rohrförmigen Proben unter Längskraft, Innendruck und Torsion verwirklichen. Eine Anordnung der letztgenannten Art ist jedoch nur bei kleinen Dehnungen brauchbar. Bekannt ist eine ebene Kreuzprobe nach Shiratori/Ikegami (J. Meck. Phys. Solids, 1968, Vol. 16 pp.373 bis 394, Pergamon Press, Großbritannien) und Kreissig (Dissertationsschrift 2.7.1982) gemäß Fig. 1 der Zeichnung, die zum Zwecke der Materialprüfung unter zweiachsiger Beanspruchung in einer bekannten Prüfvorrichtung nach Kreissig Verwendung gefunden hat. Wegen der statischen Unbestimmtheit dieser bekannten Kreuzprobe 1 (Kontinuumsproblem) lassen sich die Spannungen nicht aus den über Zugglieder 2 in die Kreuzprobe 1 eingeleiteten Kräften bestimmen. Im vorgesehenen Meßgebiet 3, dem Zentrum dieser Kreuzprobe, sind keine homogenen Spannungs· und Verzerrungszustände zu erzielen.For the experimental detection of inelastic behavior z. As metallic materials, the determination of the generally (large) biaxial Dehnunpyn under biaxial stress is required. Homogeneous stress and strain states in material samples are required to determine material equations of the so-called simple substances in the sense of Noll (W. Noll "A new mathematical theory of simple materials" Archive for Rational Mechanics and Analysis 48.1 (1972)) Sheet metal test samples can be made either by using cross-shaped specimens or thin-walled tubular specimens under longitudinal force, internal pressure and torsion, but arrangement of the latter type is useful only at small strains. Meck. Phys. Solids, 1968, Vol. 16 pp.373 to 394, Pergamon Press, Great Britain) and Kreissig (Dissertationsschrift 2.7.1982) according to FIG. 1 of the drawing, which for the purpose of material testing under biaxial stress in a known test device according to Kreissig has found use because of the static indeterminacy of this Known cross sample 1 (continuum problem) can not determine the voltages from the introduced via tension members 2 in the cross sample 1 forces. In the intended measuring area 3, the center of this cross sample, no homogeneous voltage and distortion states can be achieved.

Bekannt ist ferner eine kreuzförmige, ebene Probe der eingangs erwähnten Art (DE 3225381, Fig. 5a und b), die zur Materialprüfung unter zweiachsiger Beanspruchung Verwendung findet und im Mittenbereic'.i durch beiderseitigeAlso known is a cross-shaped, planar sample of the type mentioned (DE 3225381, Fig. 5a and b), which is used for material testing under biaxial stress and in the middle of''i by mutual

Muldenbildung geschwächt ist, um sicherzustellen, daß Belastungsfolgen sich zuerst in dem interessierenden Bereich zeigen, in dem sich die Prüfkräfte überlagern. Versuche mit entsprechenden Kreuzproben 1, deren Mittenbereich 3 jedoch nicht durch beiderseitige Muldenbildung geschwächt ist, ergeben ein Ausweichen der Spannungstrajektorien 4 unter einachsiger Zugkraft F, wie Fig.2 der Zeichnung verdeutlicht. Die Spannungstrajektorien 4 spreizen sich, so daß die Spannungen in Kraftrichtung über die Breite nicht konstant verlaufen. Durch die Umlenkung der Spannungstrajektorien 4 entstehen Querspannungen, die zum unerwünschten Ausbeulen des Meßbereiches 3 führen können. Bekannt ist weiterhin (DE 3617455), bei der Materialprüfung von flächenhaften Bauteilen, mittels einer Untersuchungsvorrichtung zur zweiachsigen statischen und/oder dynamischen Zug- und/oder Druckbelastung in Zuordnung zu den Bauteilseiten Kraftübertragungselemente vorzusehen, von denen jedes mit mehreren, über die gesamte jeweilige Bautellseite angeordnete und Einzellasten erzeugenden Krafteinleitungselementen verbunden ist. Mit dieser Untersuchungsvorrichtung sind in dem flächenhaften Bauteil keine homogenen Spannungs- und Verzerrungszustände zu erreichen.Dumping is weakened to ensure that stress consequences show up first in the area of interest in which superimpose the test forces. Experiments with corresponding cross samples 1, the center region 3, however, is not weakened by bilateral Muldenbildung, yielding an escape of the voltage trajectories 4 under uniaxial tensile force F, as Figure 2 illustrates the drawing. The tension trajectories 4 spread, so that the stresses in the direction of force over the width are not constant. Due to the deflection of the tension trajectories 4, transverse stresses occur, which can lead to undesired buckling of the measuring area 3. It is also known (DE 3617455), in the material testing of planar components to provide by means of an examination device for biaxial static and / or dynamic tensile and / or compressive load in association with the component sides power transmission elements, each of which with several, over the entire respective Bautellseite arranged and single loads generating force introduction elements is connected. With this examination device, no homogeneous states of stress and distortion can be achieved in the planar component.

Bekannt ist schließlich eine in einer Versuchseinrichtung nach Rivlin und Saunders verwendete rechteckige ebene Probe für gummiartige Materialien (Rivlin, R. S., and D.W. Saunders: Large elastic deformations of isotropic materials, VII. Experiments on the deformation of rubber. Phil. Trans. Roy. Soc. Lond. A 243,251 bis 288 [53,55,57,67,93,95]). Wie Fig. 3 der Zeichnung zeigt, erfolgt am Rande der rechteckigen ebenen Probe an diskreten Punkten die Krafteinleitung. Diese Versuchsanordnung ist nur bei Materialien sinnvoll, die in der Lage sind, die an don Lasteinleitungselementen auftretenden Spannungsspitzen auszuhalten, z. B. gummiartige Materialien. Bei Tiefziehblechen ist diese Versuchsanordnung nicht geeignet.Lastly, a rectangular planar sample for rubbery materials used in a Rivlin and Saunders test facility is known (Rivlin, RS, and DW Saunders: Large elastic deformations of isotropic materials, VII., Experiment on the deformation of rubber., Phil Lond. A 243,251 to 288 [53,55,57,67,93,95]). As shown in FIG. 3 of the drawing, the force is introduced at discrete points on the edge of the rectangular plane sample. This test arrangement is useful only for materials that are able to withstand the stress occurring on don load application elements, z. B. rubbery materials. In thermoforming sheets, this experimental design is not suitable.

Object of the invention

Es ist Ziel der Erfindung, eine flächenhafte Probe vorzusehen, bei deren zweiachsiger Beanspruchung homogene Spannungsund Verzerrungszustände erreicht werden.It is an object of the invention to provide a sheet-like sample in the biaxial stress homogeneous Spannungsund distortion states can be achieved.

Explanation of the essence of the invention The invention is based on the object, a cross-shaped, planar sample, in particular of sheet metal, for a biaxial Material testing in the range of high elongation, with four load-introducing elements forming arms, one end of each

einen ein Meßgebiet bildenden Mittelbereich der Probe begrenzt, deren anderes Ende jeweils in einer Spannbacke einera measuring area forming a central region of the sample limited, the other end in each case in a jaw of a

Inspection device is clamped and übor in the plane of the sample both along a first coordinate (X) and along

einer zu dieser senkrechten zweiten Koordinate (Y) jeweils einander entgegengesetzte Zugbelastungen einleitbar sind, so zugestalten, daß bei einer zweiachsigen Beanspruchung der Probe homogene Spannungs- und Verzerrungszustände irna mutually opposite tensile loads can be introduced to a perpendicular to this second perpendicular coordinate (Y), so form that in a biaxial stress of the sample homogeneous voltage and distortion states irn

Range can be achieved to classify equations of matter of so-called simple substances. This object is achieved in that the load introduction elements parallel to the X or Y coordinate

verlaufende Schlitze aufweisen, die sich bis zum Meßgebiet erstrecken.have extending slots extending to the measuring area.

The load introduction elements of the cross sample according to the invention can be amplified in relation to the central region of the sample

und die Schlitze können über die Breite des Lasteinleitungselementes gleichmäßig verteilt sein. Die Verstärkung derand the slots may be evenly distributed across the width of the load introducing element. The reinforcement of

Laoteinleitungselemente can be given by the fact that these higher-strength material than that of the central region of the Sample exist. The load introduction elements may be welded to the center portion of the sample or geometrically strengthened. The

geometrische Verstärkung kann durch auf die Lasteinleitungselemente aufgebrachtes Zusatzmaterial gegeben sein.geometric reinforcement can be given by applied to the load introduction elements additional material.

The additional material between the slots and between the longitudinal edges of the load introduction elements and the

benachbarten Schlitzen der Lasteinleitungselemente kann in Form von über deren Länge verlaufenden Stegen aufgebracht unddie Breite der Stege aus dem Zusatzmaterial kann geringer als der Abstand zwischen den Schlitzen der Lasteinleitungselementesein. Die Lasteinleitungselemente können zur Verstärkung durch Abwälzen kaltverfestigt sein, wobei ihre Fließgrenzeangehoben ist.adjacent slots of the load introduction elements may be applied in the form of webs extending along their length and the width of the webs of the filler material may be less than the distance between the slots of the load introduction elements. The load introduction elements may be work hardened for reinforcement by rolling, with their flow limit raised.

The formation of slots according to the invention in the sample arms forming the load transfer elements does this Achieving a homogeneous state of stress in the measuring area possible because the arrangement of the slots in the Load introduction elements avoidance of the voltage trajectories in the central region of the sample is prevented. The

erfindungsgemäße Verstärken der Probenarme macht es außerdem möglich, daß auch bei Kreuzproben aus Tiefziehstählengroße plastische Verformungen im Meßbereich erzielbar sind. Ohne Zusatzmaßnahmen zur Verstärkung der Probenarmewürden bei Tiefziehstählen bei annähernd gleichen Zugkräften in beiden Richtungen die Probenarme große plastischeReinforcing the sample arms according to the invention also makes it possible that large plastic deformations in the measuring range can be achieved even with cross samples from deep drawing steels. Without additional measures to reinforce the sample arms, the sample arms would be highly plastic in deep drawing steels with approximately equal tensile forces in both directions

Extensions occur before the measuring area would plasticize. According to the method, preferably arms of a high-strength material may be welded to reinforce the sample arms, Additional materials for geometric reinforcement of the sample arms applied to this or the sample arms by rolling

zur Anhebung der Fließgrenze kaltverfestigt werden.work hardened to raise the yield strength.

Ausführungsbeisplele

Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Kreuzprobe werden nun anhand der weiteren Figuren der Zeichnungen erläutert. Es sindEmbodiments of the cross sample according to the invention will now be explained with reference to the further figures of the drawings. There are

4 shows a top view of a slotted cross-section, 5 is a plan view of the cross-section of FIG. 4, wherein the course of the voltage trajectories in uniaxial

Zugbelastung parallel zur X-Koordinate gezeigt ist, Fig. 6: eine Draufsicht auf eine geschlitzte Kreuzprobe mit angeschweißten Armen aus höherfestem Material,Fig. 6 is a plan view of a slotted crossed sample with welded arms of higher strength material,

Fig. V: eine Draufsicht auf eine geschlitzte Kreuzprobe mit geometrischer Verstärkung der Probenarme, Fig.8: eine Stirnansicht der Ausführungsform der Kreuzprobe nach Fig.7, Fig. 9: eine Stirnansicht einer Kreuzprobe mit abgewalzten Probenarmen.Fig. V: a plan view of a slotted crossed sample with geometric reinforcement of the sample arms, Fig. 8: an end view of the embodiment of the cross sample according to Fig. 7, Fig. 9: an end view of a cross sample with rolled sample arms.

Fig.4 zeigt die Draufsicht auf die Kreuzprobe 1, deren Probenarme 5 Lasteinteilungselemente mit der Länge I und der Breite a bilden. Die Lasteinteilungselemente 5 weisen Schlitze 6 auf, die sich an den Meßbereich 3 der Kreuzprobe 1 erstrecken. Wie Fig. 5 verdeutlicht, verlaufen die Spannungstrajektorien 4 in der geschlitzten Kreuzprobe 1 unter einachsiger Zugkraft F parallel zur X-Koordinate im Meßbereich 3 der Kreuzprobe 1.4 shows the plan view of the cross-section 1, the sample arms 5 form load division elements with the length I and the width a. The load dividing elements 5 have slots 6 which extend to the measuring area 3 of the cross sample 1. As illustrated in FIG. 5, the stress trajectories 4 in the slotted crossed sample 1 under uniaxial tensile force F run parallel to the X coordinate in the measuring region 3 of the cross sample 1.

Fig. β zeigt die Draufsicht einer Ausführungsform der Kreuzprobe 1, deren die Lasteinteilungselemente bildende Probenarme 5 an das Meßgebiet 3 der Kreuzprobe 1 angeschweißt sind, aus höherfestem Material als der Mittenbereich 3 der Kreuzprobe 1 bestehen, wodurch eine Versteifung der Probenarme 5 gegeben ist, und jeweils zu ihrer Längsrichtung parallel verlaufende Schlitze 6 aufweisen. Die Schlitze 6 erstrecken sich von einem Teil 7, der in die Spannbacke einer Prüfeinrichtung einspannbar ist, bis an den Meßbereich 3 der Kreuzprobe 1 und sind somit kürzer als die Länge des Probenarms 5. Die Schlitze 6 sind über die Breite (a) jedes Probenarms 5 im gleichen Abstand voneinander angeordnet, wobei die zu den Längskanten 8 des Probenarms benachbarten Schlitze 6 ebenfalls den Abstand c von den Längskanten 8 aufweisen.Fig. 6 shows the top view of an embodiment of the cross sample 1, the sample disassembling elements forming the sample arms 5 are welded to the measuring area 3 of the cross sample 1, made of higher strength material than the central region 3 of the cross sample 1, whereby a stiffening of the sample arms 5 is given, and each have parallel to their longitudinal direction extending slots 6. The slots 6 extend from a part 7, which is clamped in the jaw of a tester, up to the measuring range 3 of the cross sample 1 and thus shorter than the length of the sample 5. The slits 6 are across the width (a) of each sample arm 5 are arranged at the same distance from one another, wherein the slots 6 adjacent to the longitudinal edges 8 of the sample arm likewise have the distance c from the longitudinal edges 8.

Aus den Fig. 7 und 8 geht eine andere Ausiührungsform der Kreuzprobe 1 hervor, bei der die Probenarme 5 durch aufgebrachtes Zusatzmaterial verstärkt sind. Das Zusatzmaterial ist in Form von Stegen 9 beidseitig der Probenarme 5 aufgebracht, wobei die Stege 9 parallel zu den Schlitzen 6 zwischen diesen sowie zwischen den Längskanten 8 der Probenarme 5 und den benachbarten Schlitzen 7 verlaufen. Die Breite der Stege 9 aus Zusatzmaterial ist geringer als der Abstand c zwischen den Schlitzen 7. Im Meßgebiet 3 dieser Kreuzprobe 1 sind bei einer zweiachsigen Materialprüfung ebenfalls homogene Spannungs- und Dehnungszustände gegeben.From Figs. 7 and 8 shows another Ausiührungsform the cross sample 1, in which the sample arms 5 are reinforced by applied additional material. The additional material is applied in the form of webs 9 on both sides of the sample arms 5, wherein the webs 9 extend parallel to the slots 6 between them and between the longitudinal edges 8 of the sample arms 5 and the adjacent slots 7. The width of the webs 9 of additional material is less than the distance c between the slots 7. In the measuring area 3 of this cross sample 1 in a biaxial material testing also homogeneous stress and strain states are given.

Bei der Ausführungsform der Kreuzprobe 1 nach Fig.9 sind die Probenarme 5zur Anhebung der Fließgrenze von der Dicke d₀ des Mittenbereichs 3 der Kreuzprobe 1 auf die Dicke (d < d_o) abgewalzt und somit zur Verstärkung kaltverfestigt worden. Auch bei dieser Ausführungsform der Kreuzprobe sind unter zweiachsiger Beanspruchung im Meßgebiet 4 homogen' Spannungs- und Verzerrungszustände erreichbar.In the embodiment of the cross-sample 1 according to Figure 9, the sample arms are 5TO increase in the yield value of the thickness d ₀ of the central area 3 of the sample 1 on the cross thickness has thus been cold worked to reinforcement (d <d _o) and rolled down. Also in this embodiment of the cross sample are under biaxial stress in the measuring area 4 homogeneous' voltage and distortion states reachable.

Claims

1. Cross-shaped, planar sample, in particular of sheet metal, for a biaxial material testing in the region of large expansion, with four load-introducing elements forming arms whose one end defines a measuring area forming a central region of the sample, the other end is clamped in each case in a jaw of a tester and over which in the plane of the sample both along a first coordinate (X) and along a perpendicular to this second coordinate (Y) each opposite tensile loads can be introduced, characterized in that the load introduction elements (5) parallel to X or Y-coordinate extending slots (6), which extend to the measuring area (3) (Figure 4).

2. Cross sample according to claim 1, characterized in that the load introduction elements in relation to the central region (3) of the sample (1) are reinforced.

3. Kreuzprobe according to claim 1 and 2, characterized in that the slots (6) over the. Width (a) of the load introduction element (5) are evenly distributed.

4. Kreuzprobe according to claim 2, characterized in that the reinforcement of the load introduction elements (5) is given by the fact that they consist of higher-strength material than that of the central region (3) of the sample (1).

5. crossed sample according to claim 4, characterized in that the load introduction elements (5) to the central region (3) of the sample (1) are welded.

6. cross sample according to claim 2, characterized in that the load introduction elements (5) are geometrically reinforced.

7. cross sample according to claim 2, characterized in that the geometric reinforcement is given by applied to the load introduction elements (5) additional material.

8. Kreuzprobe according to claim 7, characterized in that the additional material between the slots (6) and between the longitudinal edges (8) of the load introduction elements (5) and the adjacent slots (6) of the load introduction elements (5) extending in the form of over its length Webs (9) is applied.

9. cross sample according to claim 8, characterized in that the width of the webs (9) of the additional material is less than the distance between the slots (c) of the load introduction elements (5).

10. Kreuzprobe according to claim 2, characterized in that the load introduction elements (5) are work hardened for amplification by rolling, with its yield point is raised.