DE102007010426B4 - Test device for samples under impact load - Google Patents
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Abstract
Prüfvorrichtung zur Ermittlung geschwindigkeitsabhängiger Verbindungskennwerte einer Probe unter Stoßbelastung, wobei die Probe in einer Einspannstrecke gefasst ist, in der ein in einer Beschleunigungsvorrichtung (4) über eine Vorlaufstrecke beschleunigter Kolben (18) die Belastung in Form eines im Wesentlichen elastischen Stoßes auf die Probe (2) überträgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungsvorrichtung (4) einen Prüfzylinder (20) besitzt, dessen Ende (19) konusförmig ausgebildet ist, sowie einen entsprechend angepassten konusförmigen Kolben (18), zwischen denen ein Dämpfungselement (21) wirkt, und damit durch eine bestimmte Integration eines plastischen Stoßanteils mittels des Dämpfungselementes (21) und durch ein definiertes Verhältnis der zur Beschleunigung der Kolbenmasse benötigten Energie zu der Bruchenergie der Probe die Ermittlung von Kraft-Weg- oder Kraft-Zeit-Verläufen bei annährend konstanter Verformungsgeschwindigkeit während des Probenversagens und ohne nennenswerte Überlagerung von Schwingungen aus Prellvorgängen erreicht wird.Tester for determining speed-dependent connection characteristics a sample under impact load, wherein the sample is taken in a clamping section in which a in an accelerating device (4) accelerated over a delay line Piston (18) the load in the form of a substantially elastic shock to the sample (2), thereby characterized in that the accelerating device (4) is a test cylinder (20) has, whose end (19) is cone-shaped, and a correspondingly adapted conical piston (18), between which a damping element (21) works, and thus by a specific integration of a plastic shock share by means of the damping element (21) and by a defined ratio of the acceleration needed the piston mass Energy to the fracture energy of the sample the determination of force-displacement or force-time courses approximately constant deformation rate during sample failure and without significant overlay of Vibrations from bouncing processes is reached.
Description
Die Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung zur Ermittlung geschwindigkeitsabhängiger Verbindungskennwerte einer Probe unter Stoßbelastung, wobei die Probe in einer Einspannstrecke gefasst ist, in der ein in einer Beschleunigungsvorrichtung über eine Vorlaufstrecke beschleunigter Kolben die Belastung in Form eines im Wesentlichen elastischen Stoßes auf die Probe überträgt.The The invention relates to a testing device for determining speed-dependent connection characteristics a sample under impact load, wherein the sample is taken in a clamping section, in which one in one Acceleration device over a Advance run accelerated piston the load in the form of a essentially elastic shock transfers to the sample.
Die Kenntnis über den Widerstand, die Verformbarkeit und das Arbeitsaufnahmevermögen von Werkstoffen und Werkstoffverbindungen bei Beanspruchungen mit hohen Geschwindigkeiten ist für viele industrielle Bereiche wie Automobilbau, Ballistik, Fertigungstechnik, Bauwesen sowie Luft- und Raumfahrt hinsichtlich der Werkstoffbeanspruchbarkeit und der Sicherheit von höchster Bedeutung.The Knowledge about the resistance, the deformability and the capacity to absorb materials and material connections under high-speed loads is for many industrial areas such as automotive engineering, ballistics, manufacturing technology, Construction and aerospace in terms of material strength and safety of the highest Importance.
Bei Produkten der Verkehrstechnik allgemein und insbesondere bei Produkten des Automobilbaus gewinnt die Crashsicherheitsbewertung von Bauteilen vor dem Hintergrund gestiegener Anforderungen an den Insassenschutz zunehmend eine zentrale Bedeutung. Um eine solche Crashsicherheitsbewertung in der Entwicklungsphase neuer Fahrzeugstrukturen mit der geforderten hohen Vorhersagegenauigkeit durchführen zu können, ist eine Kenntnis des genauen Festigkeits- und Verformungsverhaltens von Werkstoffen und gefügten Verbindungen unter hohen Belastungsgeschwindigkeiten notwendig. Zur experimentellen Ermittlung dieses Festigkeits- und Verformungsverhaltens werden Prüfvorrichtungen mit einem entsprechenden Geschwindigkeitsprofil eingesetzt. An eine solche Prüfvorrichtung zur Ermittlung von Kennwerten unter Stoßbelastung sind sehr hohe Anforderungen gestellt. Dynamische Effekte während der Hochgeschwindigkeitsprüfung können die aufgezeichneten Messsignale derart signifikant überlagern, dass diese überlagerten Messsignale keinen Aufschluss mehr über die tatsächliche Beanspruchung der Probe erlauben. Die Anforderungen an Versuchsaufbauten für hohe Belastungsgeschwindigkeiten liegen daher deutlich über denjenigen für quasistatische Versuche, und der Einsatz kommerzieller Prüfmaschinen ist nur in seltenen Fällen und mit Einschränkungen möglich.at Traffic engineering products in general and in particular for products of the automotive industry wins the crash safety assessment of components against the background of increased demands on occupant protection increasingly central. To have such a crash safety rating in the development phase of new vehicle structures with the required To be able to perform high prediction accuracy is a knowledge of exact strength and deformation behavior of materials and joined Connections under high load speeds necessary. For the experimental determination of this strength and deformation behavior become testers used with a corresponding velocity profile. To one such testing device for Determination of characteristic values under impact load are very high requirements posed. Dynamic effects during the high speed test can the superimpose recorded measurement signals so significantly that they overlap Measuring signals no longer provide information about the actual load allow the sample. The requirements for test setups for high load speeds are therefore significantly above those for quasistatic experiments, and the use of commercial testing machines is only in rare cases and with restrictions possible.
Im Laufe der Zeit wurden verschiedene Konzepte für die Prüfung von Werkstoffen, Fügeverbindungen und Bauteilen mit hohen Versuchsgeschwindigkeiten entwickelt. Für die Bestimmung des Festigkeits- und Verformungsverhaltens der für den Automobilbau relevanten Dehnrate von max. 500/sec sind hier insbesondere die servohydraulische Schnellzerreißmaschine, das Rotationsschlagwerk und das Pendelschlagwerk zu nennen.in the Over time, different concepts for testing of materials, joining compounds and components developed at high speeds. For the determination the strength and deformation behavior of the relevant for the automotive industry Strain rate of max. 500 / sec are here in particular the servohydraulic quick tearing, to call the rotary impact mechanism and the pendulum impactor.
Im Folgenden werden die relevanten Versuchsanlagen in ihrem Wirkprinzip kurz erläutert.in the Below, the relevant experimental plants are in their operative principle briefly explained.
Die servohydraulische Schnellzerreißmaschine ist mit einem Druckölspeicher ausgestattet, der die Hydraulikflüssigkeit über ein Regelventil abgibt und somit einen Kolben in einer Beschleunigungsvorrichtung auf die Prüfgeschwindigkeit bringt. Am Ende der Vorlaufstrecke koppelt der Zylinder der Beschleunigungsvorrichtung an das Ende des innen liegenden Kolbens an, dessen gegenüberliegende Seite mit der Probe verbunden ist, und beschleunigt dann die Probe bis zum Versagen. Die Kraft wird mit einem am oberen Querhaupt der Prüfmaschine oberhalb der oberen Einspannung angebrachten Kraftmessring gemessen, der eine entsprechende Eigenfrequenz aufweisen sollte. Der Weg der Kolbenstange wird über einen induktiven Langwegaufnehmer (LVDT = Longitudinal Velocity Differential Transformer) erfasst. Beim Rotationsschlagwerk, wird das Schwungrad durch einen Elektromotor beschleunigt. Sobald die gewünschte Umfangsgeschwindigkeit erreicht ist, wird der zuvor im Schwungrad verborgene Schlaghammer ausgeklappt und schlägt auf das Joch, an welchem die Probe befestigt ist. An der anderen Seite der Probe ist das Kraftmessglied befestigt, dessen Dehnung durch einen DMS gemessen wird. Das Messsignal wird verstärkt und von einem Speicheroszilloskop aufgezeichnet.The Servohydraulic quick tearing machine is with a pressure oil reservoir equipped, which emits the hydraulic fluid via a control valve and thus a piston in an accelerator on the Test speed brings. At the end of the delay line, the cylinder couples to the accelerator to the end of the inboard piston, the opposite side is connected to the sample, and then accelerates the sample up to failure. The force comes with a at the upper crosshead of the testing machine measured above the upper clamping force-measuring ring, which should have a corresponding natural frequency. The way of Piston rod is over an inductive Langwegaufnehmer (LVDT = Longitudinal Velocity Differential transformer). When rotary impact, is accelerates the flywheel by an electric motor. As soon as the desired Circumferential speed is reached, the previously in the flywheel The hidden hammer is unfolded and strikes the yoke on which the sample is attached. On the other side of the sample is that Force measuring attached, the strain is measured by a strain gauge. The measuring signal is amplified and recorded by a storage oscilloscope.
Das Pendelschlagwerk arbeitet mit einer geteilten Finne und kann bei Schlagzugscherversuchen eingesetzt werden. Anfang des 20. Jahrhunderts wurden die ersten Pendelschlagwerke für die Durchführung von Kerbschlagbiegeversuchen entwickelt. Diese zuerst wurden später auch für die Ermittlung von Werkstoff- und Verbindungskennwerten weiterentwickelt. Zur damaligen Zeit war bei höheren Geschwindigkeiten aufgrund der fehlenden elektronischen Möglichkeiten nur eine Abschätzung des Festigkeitsverhaltens durch Energiemessung mit dem Pendel oder definierten Verformungen möglich. Mit Beginn der 40er Jahre des letzten Jahrhunderts ergaben sich mit der Entwicklung von Piezo-Quarzen und Dehnungsmessstreifen neue Möglichkeiten zur Erfassung der Belastungen und Beanspruchungen während der Versuchsdurchführung, so dass genauere Rückschlüsse auf das Verformungsverhalten der Werkstoffe möglich wurden.The Pendulum works with a split fin and can be added Impact tensile tests are used. At the beginning of the 20th century the first pendulum impact testers for the implementation developed by impact test. These first became later too for the Determination of material and connection parameters further developed. At that time was at higher Speeds due to the lack of electronic possibilities only an estimate of the strength behavior by energy measurement with the pendulum or defined deformations possible. With the beginning of the 40s of the last century emerged with the development of piezo-quartz and strain gauges new options to record the loads and stresses during the Experimental procedure, so that more accurate conclusions on the deformation behavior of the materials became possible.
Eine Bestimmung der Probenverformung über die Messung der Verschiebung des Prüfzylinders liefert insbesondere bei Versuchen unter schlagartiger Belastung häufig keine hinreichenden Informationen über das tatsächliche Verformungsverhalten der Proben.A Determination of sample deformation via the measurement of the displacement of the test cylinder provides in particular in experiments under sudden load often not sufficient information about the actual Deformation behavior of the samples.
Im Unterschied zu den Versuchen unter quasi-statischer und schwingender Belastung erschweren bei höheren Prüfgeschwindigkeiten zusätzlich dynamische Einflüsse bei der Versuchsdurchführung die Interpretation und Auswertung der Kraftsignale. So kann es bei der Erfassung der Messwerte während des Versuches zu Überlagerungen der Kraftsignale durch Schwingungen kommen, welche nicht der Belastung der Probe entsprechen. Diese Störeinflüsse entstehen in Abhängigkeit der Dehnrate aus der Überlagerung der eigentlichen Messergebnisse mit Schwingungseinflüssen aus Eigenschwingungen, Trägheitseffekten sowie Wellenphänomenen und können die Messsignale im Extremfall so verfälschen, dass eine Auswertung nicht mehr möglich ist.In contrast to the tests under quasi-static and oscillatory loading, dynamic influences in the test procedure make it even more difficult at higher test speeds the interpretation and evaluation of the force signals. Thus, during the acquisition of the measured values during the experiment, superpositions of the force signals can occur due to vibrations which do not correspond to the load of the sample. Depending on the strain rate, these interferences arise from the superimposition of the actual measurement results with vibration effects from natural oscillations, inertial effects and wave phenomena, and can falsify the measurement signals in extreme cases so that an evaluation is no longer possible.
Vor diesem Hintergrund erfolgt die Kraftmessung im Allgemeinen nicht nur über die Prüfeinrichtung, z. B. am Querhaupt bei herkömmlichen servohydraulischen Schnellzerreißmaschinen, sondern darüber hinaus durch die Auswertung der Messsignale von auf der Probe applizierten DMS. Eine solche lokale Messwerterfassung auf der Probe ist im Rahmen von Werkstoffprüfungen Stand der Technik. Bei gefügten Proben zur Ermittlung von Kennwerten in Abhängigkeit der Prüfgeschwindigkeit und des Lasteinleitungswinkels ist eine Messwerterfassung direkt am Fügepunkt jedoch nicht möglich. Hier ist eine aufwendige Prüfanordnung mit vielen Grenzflächen und vergleichsweise großen Massen notwendig. Diese Eigenschaften stehen im Widerspruch zu den für schlagartige Untersuchungen geforderten geringen Massen und hohen Steifigkeiten im Einspannstrang. Zu dem geschilderten Problemfeld gehört zudem, dass es im Allgemeinen nicht gelingt, eine konstante Dehnrate bzw. lokale Verformungsgeschwindigkeit zu erreichen.In front In this background, the force measurement is generally not done only over the testing device, z. B. on the crosshead in conventional servohydraulic quick-release machines, but beyond by the evaluation of the measurement signals applied to the sample DMS. Such a local data acquisition on the sample is in the frame of material testing State of the art. Attached Samples for determining characteristic values as a function of the test speed and the load introduction angle is a data acquisition directly at the joining point but not possible. Here is a complex test arrangement with many interfaces and comparatively large Masses necessary. These properties are in contradiction to the for abrupt Investigations required low masses and high stiffnesses in the clamping strand. In addition to the described problem area is that it generally fails to achieve a constant strain rate or local To achieve deformation speed.
In
der deutschen Patentschrift
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Prüfvorrichtung anzugeben, die von Beginn an mit vorgesehener Prüfgeschwindigkeit arbeitet und dabei Schwingungen in der Probe und im Messsystem unterdrückt, und ein Verfahren zu offenbaren, Kennwerte von Fügeverbindungen unter Stoßbelastung zuverlässig zu ermitteln.It It is therefore an object of the invention to provide a test apparatus which works from the beginning with the intended test speed and while suppressing vibrations in the sample and in the measuring system, and to disclose a method, characteristic values of joints under impact load reliably determine.
Die Lösung der Aufgabe für die Prüfvorrichtung wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1, das Verfahren mit den Merkmalen im Anspruch 15 gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The solution the task for the tester With the features of claim 1, the method with the features dissolved in claim 15. embodiments The invention are specified in the subclaims.
Die Stoßbelastung auf die Probe in der Einspannstrecke wird mit einem servohydraulischen Hochgeschwindigkeitszylinder erzeugt. In der Einspannstrecke der Prüfvorrichtung ist eine Beschleunigungsvorrichtung enthalten. Diese besteht aus einem innen liegenden Kolben inklusive einer äußeren, zylinderförmigen Aufnahme – dem Prüfzylinder – und soll sicherstellen, dass die Probe bei der Beschleunigung des Prüfzylinders bis zur Prüfgeschwindigkeit nicht belastet wird. Unmittelbar vor dem Start eines Prüfzyklus befindet sich der Kolben komplett in dem Prüfzylinder. Der Prüfzylinder befindet sich noch in der Ruhelage, also sind sowohl die Geschwindigkeit des Prüfzylinders vP als auch seine Beschleunigung aP gleich Null. In der Vorlaufphase wird nun der Prüfzylinder beschleunigt, die Geschwindigkeit vP steigt von Null beginnend an. Nach dem Erreichen der eingestellten Prüfgeschwindigkeit reißt der beschleunigte Prüfzylinder den Kolben mit der Einspannung mit, indem der Prüfzylinder formschlüssig den Kolben umgreift. Die Kolbengeschwindigkeit vK sowie die Kolbenbeschleunigung aK steigen zu diesem Zeitpunkt schlagartig von Null an. Durch das schlagartige Mitreißen des Kolbens durch den bereits auf Prüfgeschwindigkeit beschleunigten Prüfzylinder erreicht der Kolben nahezu unmittelbar die Geschwindigkeit vK, ohne dass der Probenkörper vorher belastet wurde.The impact load on the sample in the chucking path is generated by a high-speed servohydraulic cylinder. In the clamping section of the test apparatus, an acceleration device is included. This consists of an internal piston including an outer, cylindrical receptacle - the test cylinder - and is to ensure that the sample is not loaded during the acceleration of the test cylinder to the test speed. Immediately before the start of a test cycle, the piston is completely in the test cylinder. The test cylinder is still in the rest position, so both the speed of the test cylinder v P and its acceleration a P are equal to zero. In the preliminary phase, the test cylinder is now accelerated, the speed v P increases from zero starting. After reaching the set test speed of the accelerated test cylinder tears the piston with the clamping with by the test cylinder positively engages around the piston. The piston speed v K and the piston acceleration a K abruptly increase from zero at this time. As a result of the sudden entrainment of the piston by the test cylinder, which has already been accelerated to test speed, the piston reaches the speed v K almost immediately without the sample body being previously loaded.
Durch die hohe, durch den Prüfzylinder eingebrachte Kraft (sehr hohe Beschleunigung aP bei gleichzeitig hoher Masse) gelingt es, die Geschwindigkeit des Kolbens vK über den gesamten Versuchszeitraum konstant zu halten. Es kommt zu keinem Abfall der Prüfgeschwindigkeit, so dass die Kolbenbeschleunigung aK über den Messzeitraum den Wert Null annimmt. Beim Einrasten des Kolbens schlägt die Stahlaufnahme des bereits beschleunigten Prüfzylinders ungedämpft auf den noch ruhenden Stahlkolben auf. Dies hat erhebliche Prelleffekte zur Folge, die sich in Form von Schwingungen auf die an der Probe mittels Dehnungsmessstreifen (DMS) aufgezeichneten Kraftsignale ausschlagen.Due to the high force introduced by the test cylinder (very high acceleration a P with simultaneously high mass), it is possible to keep the velocity of the piston v K constant over the entire test period. There is no drop in the test speed, so that the piston acceleration a K takes the value zero over the measurement period. When the piston engages, the steel mount of the already accelerated test cylinder beats undamped onto the still stationary steel piston. This results in considerable bouncing effects, which are reflected in the form of vibrations on the force signals recorded on the sample by means of strain gauges (DMS).
Im Sinne der für schlagartige Untersuchungen geforderten geringen Massen bei hohen Steifigkeiten der Einspannungen sind die Gelenke und Halter im Einspannstrang Gewichtsoptimiert. Der Halter ist aus dem Werkstoff Titan gefertigt.in the Meaning the for abrupt investigations required low masses at high Stiffnesses of the clamping are the joints and holders in the clamping strand Reduced weight. The holder is made of titanium.
Die notwendige Steifigkeit der Einspannstrecke wird durch eine Vorspannung oder durch Reibung erreicht.The necessary rigidity of the clamping section is caused by a bias voltage or achieved by friction.
Im Sinne einer optimierten Stoßmechanik wird zudem eine konusförmige Ausführung der Aufnahme und einen entsprechend geformten Kolbenkopf eingesetzt. Ein entscheidender Ansatz zur Reduzierung dynamischer Störeffekte während der Hochgeschwindigkeitszugversuche ist die geringfügige Erhöhung des plastischen Stoßanteils beim schlagartigen Einrasten des Kolbens. Ohne diese zentrale Optimierung kann das Einrasten des Kolbens in die Aufnahme – hier schlägt ungedämpft Stahl auf Stahl – in erster Näherung als elastischer Stoß betrachtet werden. Bei diesem elastischen Stoß entstehen jedoch signifikante Prelleffekte, die sich in den deutlichen Schwingungen bei der Kraftmessung niederschlagen, so dass die Auswertung der Messsignale keinen Aufschluss über die tatsächliche Beanspruchung der Probe zulässt. Dies gelingt erst durch die gezielte Integration eines geringfügigen plastischen Stoßanteils in das Wirkprinzip der Prüfvorrichtung. Dabei wird ein dünnes Dämpfungselement direkt in der Beschleunigungsvorrichtung angebracht.In the sense of an optimized impact mechanism, a conical design of the receptacle and a correspondingly shaped piston head are also used. A key approach to reducing dynamic spurious effects during high-speed tensile tests is the minor ge increase the plastic shock component in the sudden engagement of the piston. Without this central optimization, the engagement of the piston in the receptacle - in this case steel und steel on steel - can be regarded in a first approximation as an elastic shock. In the case of this elastic impact, however, significant bounce effects occur, which are reflected in the significant vibrations in the force measurement, so that the evaluation of the measurement signals does not allow any information about the actual stress of the sample. This succeeds only through the targeted integration of a small amount of plastic impact into the operating principle of the test device. In this case, a thin damping element is mounted directly in the accelerator device.
Weiterhin hat sich herausgestellt, dass durch ein definiertes Verhältnis der zur Beschleunigung der Kolbenmasse benötigten Energie zu der Bruchenergie der Probe die Schwingungen im zur Ermittlung der Kennwerte gemessenen Kraftsignal während der Stoßbelastung weitestgehend unterdrückt werden.Farther has been found by a defined ratio of energy needed to accelerate the piston mass to the fracture energy the sample the vibrations in measured to determine the characteristics Force signal during the impact load largely suppressed become.
Auf diese Weise wird die Ermittlung von Kraft-Weg/Kraft-Zeit-Verläufen bei der Prüfung von Proben bei annährend konstanter Beanspruchungsgeschwindigkeit während des Probenversagens und ohne nennenswerte Überlagerung von Schwingungen im Kraftsignal aus Prellvorgängen ermöglicht.On this way, the determination of force-distance / force-time progressions is added The examination of samples at near constant strain rate during sample failure and without significant overlay of vibrations in the force signal from bounce operations possible.
Der Prüfzylinder in der Beschleunigungsvorrichtung ist an seinem Ende konusförmig ausgebildet. Der Kolben ist an diesen Konus entsprechend angepasst, wobei der Winkel des Konus zwischen 5° und 45° betragt.Of the test cylinder in the accelerator device is conical at its end. The piston is adapted to this cone accordingly, the Angle of the cone between 5 ° and 45 °.
Auf den konusförmigen Kolben ist das Dämpfungselement rutschfest aufgebracht.On the cone-shaped Piston is the damping element non-slip applied.
Durch das Dämpfungselement wird ein gezielter und definierter plastischer Anteil auf die in erster Näherung als elastisch zu bezeichnende Stoßmechanik des Prüfstandes integriert. Dadurch werden die Schwingungen im Kraftsignal auf ein Minimum reduziert bzw. komplett eliminiert, ohne dass es beim Aufprall des Zylinders auf den Konus des Kolbens zu einem nennenswerten Reduzierung der Kolbengeschwindigkeit vK im Vergleich zum rein elastischen Stoßvorgang kommt. Die lokale Verformungsgeschwindigkeit beim Probenversagen ist vergleichsweise konstant beim Probenbruch.By the damping element, a targeted and defined plastic component is integrated in the first approximation as elastic to be designated impact mechanism of the test bed. As a result, the vibrations in the force signal are reduced to a minimum or completely eliminated without the impact of the cylinder on the cone of the piston resulting in a significant reduction in the piston speed V K in comparison to the purely elastic impact process. The local deformation rate during sample failure is comparatively constant during sample breakage.
Das auf den Kolben aufgebrachte verschleißfeste Dämpfungselement, das aus Gummi oder elastischem Kunststoff besteht, ist in seiner Dicke von der bewegten Masse in der Einspannstrecke abhängig. Bei einer absehbaren Bruchenergie der Probe von etwa 40 J, einer eingestellten Prüfgeschwindigkeit von 2 m/s und einer Masse des Kolbens von 7 kg beträgt die Dicke des Dämpfungselementes etwa 1,5 mm.The on the piston applied wear-resistant damping element, made of rubber or is made of elastic plastic, is in its thickness of the moving Mass in the clamping section dependent. At a foreseeable fracture energy of the sample of about 40 J, one set test speed of 2 m / s and a mass of the piston of 7 kg is the thickness of the damping element about 1.5 mm.
Ein solches Dämpfungselement weist eine nicht-konstante Dämpfung auf. Die Dämpfung nimmt vielmehr mit zunehmender Druckbelastung durch den Prüfzylinder exponentiell zu. Weiterhin zeichnet sich ein solches Dämpfungselement durch sehr gute Verschleißeigenschaften aus.One such damping element has a non-constant damping on. The damping rather takes with increasing pressure load through the test cylinder exponentially too. Furthermore, such a damping element is characterized by very good wear properties out.
Die Prüfvorrichtung basiert auf einer servohydraulischen Schnellzerreißmaschine, einem Rotationsschlagwerk oder einem Fallturm. Bei der servohydraulischen Schnellzerreißmaschine wird die Prüfkraft mittels eines Hochgeschwindigskeitsprüfzylinders erzeugt wird, der aus einem Hochdruckölspeicher gespeist wird.The Tester based on a servohydraulic quick-tearing machine, a rotary impact mechanism or a drop tower. In the servohydraulic quick tearing becomes the test load is generated by means of a Hochgeschwindigskeitsprüfzylinders, the from a high pressure oil storage is fed.
Die Probe, mit der Kennwerte in Abhängigkeit der Belastungsgeschwindigkeit und des Lasteinleitungswinkels ermittelt werden sollen, ist typischerweise eine so genannte KS-II Probe. Eine solche KS-II Probe besteht aus zwei U- oder L-förmigen Profilteilen, deren Bodenteile über eine Fügetechnik miteinander verbunden sind. Die Fügeverbindung kann eine Schweißverbindung, Klebverbindung, eine mechanische Fügeverbindung oder ähnliches sein.The Sample, with the characteristic values in dependence the load rate and the load application angle determined are typically a so-called KS-II sample. Such a KS-II Sample consists of two U- or L-shaped profile parts whose Floor parts over a joining technique connected to each other. The joint connection can be a welded joint, Adhesive bond, a mechanical joint or the like be.
Die Schenkel der Probe sind in einem zweiteiligen Halter gefasst, über den die Probe in der Einspannstrecke gehalten ist.The Legs of the sample are held in a two-piece holder over which the sample is held in the clamping section.
Dabei ist der der Halter der Probe so gestaltet ist, dass die Einleitung der Stoßbelastung in die Probe zentrisch und unter verschiedenen, definierten Winkeln zur Fügeverbindung erfolgt. Übliche auf die Fügefläche bezogene Lasteinleitungswinkel sind 0°, 30°, 60° oder 90°, so dass Kennwerte für den Kopfzug, den Scherzug und für Zwischenwinkel sowie den Schälzug bestimmt werden können.there is the holder of the sample is designed so that the initiation the impact load Centric in the sample and at different, defined angles to the joint connection he follows. usual related to the joining surface Load introduction angles are 0 °, 30 °, 60 ° or 90 °, so that Characteristic values for the Kopfzug, the Scherzug and for Intermediate angle and the peel train can be determined.
Zur momentenfreien Krafteinleitung sind im Einspannstrang beidseitig der Probe Gelenke integriert, die die Stoßbelastung zentrisch und momentenfrei auf die Probe übertragen.to torque-free force transmission are in the clamping strand on both sides The probe integrates joints that make the impact load centric and torque-free transferred to the test.
Durch ein definiertes Verhältnis der zur Beschleunigung der Kolbenmasse benötigten Energie zu der Bruchenergie der Probe werden die Schwingungen im zur Ermittlung der Kennwerte gemessenen Kraftsignal während der Stoßbelastung weitestgehend unterdrückt. Beispielsweise bei einer Bruchenergie der Probe von etwa 40 J bei einer eingestellten Prüfgeschwindigkeit von 2 m/s und einer Masse des Kolbens von 7 kg kann so eine nahezu konstante Verformungsgeschwindigkeit beim Versagen der Proben erreicht werden.By a defined ratio the energy needed to accelerate the piston mass to the fracture energy the sample becomes the vibrations in order to determine the characteristic values measured force signal during the impact load largely suppressed. For example, at a fracture energy of the sample of about 40 J at a set test speed of 2 m / s and a mass of the piston of 7 kg can be almost a constant deformation rate at failure of the samples achieved become.
Mit der vorstehend beschriebenen Prüfvorrichtung können Kennwerte von Verbindungen präzise ermittelt werden. Diese Kennwerte, zu denen Bruchkraft, Bruchenergie, Steifigkeit und Bruchweg gehören, werden automatisiert auf einem Messcomputer ausgewertet.With the test device described above, characteristic values of compounds can be determined precisely. These characteristics, which include Breaking force, fracture energy, stiffness and fracture path are automatically evaluated on a measuring computer.
Dazu werden die lokal auf der Probe gemessene Verformung der Probe und die lokal an oder auf der Probe gemessene Kraft ermittelt. Zur Kraftwerterfassung hat sich das Applizieren von Dehnungsmessstreifen (DMS) auf der Probe oder im Einspannstrang zwischen der Probe und den Gelenken bewährt.To are the locally measured on the sample deformation of the sample and determines the force measured locally on or on the sample. For force value recording The application of strain gauges (strain gauges) on the Sample or in the chuck between the sample and the joints proven.
Zur Erfassung der Probenverformung unter Stoßbelastung hat sich die auf dem Grauwertkorrelationsverfahren basierende optische Verformungsmessung etabliert. Bei diesem Messsystem, mit dem flächenhaft Koordinaten, Dehnungen sowie weitere abgeleitete Größen bestimmt werden, kann die lokale Verformung unmittelbar auf der der Probe ermittelt werden. Die Messwertaufnahme erfolgte während der Belastungsversuche an der Prüfmaschine durch ein Hochgeschwindigkeitskamerasystem unmittelbar auf der Probe.to Detection of sample deformation under impact load has increased the gray value correlation method based optical deformation measurement established. In this measuring system, with the area coordinates, strains and other derived quantities can, the local deformation directly on the the sample be determined. The measured value was recorded during the Load tests on the testing machine through a high-speed camera system directly on the sample.
Ausführungsformen der Erfindung sind in den Figuren beispielhaft dargestellt.embodiments The invention is illustrated by way of example in the figures.
In
Die
Verformung der Probe
In
In
Danach
schlägt
der Kolben
In
In
der Teilfigur a ist die gesamte Beschleunigungsvorrichtung in Ruhe.
Die Geschwindigkeiten vp des Prüfzylinders
In der Teilfigur b ist der beschleunigte Prüfzylinder dargestellt, ap und vp sind größer Null. Der Kolben befindet sich weiterhin in Ruhe.In the subfigure b, the accelerated test cylinder is shown, a p and v p are greater than zero. The piston is still at rest.
In
der Teilfigur c schlägt
der Kolben an dem Konus
In der Teilfigur d ist der Versuchsbeginn dargestellt. Der Kolben und der Prüfzylinder bewegen sich mit konstanter Geschwindigkeit vp und vk, die Beschleunigungen ap und ak sind wieder Null.In the partial figure d the beginning of the experiment is shown. The piston and the test cylinder move at a constant speed v p and v k , the accelerations a p and a k are zero again.
Somit
ist die Versuchsbedingung erreicht, eine konstante Prüfgeschwindigkeit
wird auf den Kolben
In
In
An
der Probe
Die
lokale Verformung beschreibt die Differenz der Verschiebungen eines
Punktes auf der oberen im Vergleich zu einem Punkt
In
- 11
- PrüfvorrichtungTester
- 22
- Probesample
- 33
- HochgeschwindigkeitszylinderHigh speed cylinder
- 44
- Beschleunigungsvorrichtungaccelerator
- 55
- Halterholder
- 66
- Gelenkjoint
- 77
- Spannblockclamping block
- 88th
- HochgeschwindigkeitskameraHigh-speed camera
- 99
- Servohydraulische SchnellzerreißmaschineServohydraulic quick tearing
- 1010
- Messsystemmeasuring system
- 1111
- HochdruckölspeicherHigh-pressure oil storage
- 1212
- VentilValve
- 1313
- Bohrlöcherwells
- 1414
- Fügeflächejoining surface
- 14a14a
- FügeverbindungRetaining compound
- 1515
- Kolben des Hochgeschwindigkeitszylinderspiston of the high-speed cylinder
- 1616
- Kolbenstangepiston rod
- 1717
- Stange des Prüfkolbenspole of the test piston
- 1818
- Prüfkolbentest tube
- 1919
- Konuscone
- 2020
- Prüfzylindertest cylinder
- 2121
- Dämpfungselementdamping element
- 2222
- Markierungspunktemarkers
- A, A'A, A '
- Schwingungsüberlagerte MesswerteVibration Superimposed readings
- BB
- Schwingungsfreie Kraftsignalevibration-free force signals
- FF
- Prüfkrafttest load
- ss
- Verformungswegdeformation
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