DE102007058702A1 - Damping element for a test device - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Prüfvorrichtung zur Ermittlung geschwindigkeitsabhängiger Verbindungskennwerte einer Probe unter Stoßbelastung, bei der die Probe in einer Einspannstrecke gefasst ist und 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, wobei durch eine bestimmte Integration eines plastischen Stoßanteils mittels eines in der Beschleunigungsvorrichtung (4) angebrachten Dämpfungselementes (21), dessen Dämpfungsverhalten während der Stoßbelastung exponentiell anwächst, 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 annähernd konstanter Verformungsgeschwindigkeit während des Probenversagens und ohne nennenswerte Überlagerung von Schwingungen aus Prellvorgängen erreicht wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement nur bei Belastungsbeginn bis zu einer definierten Kraft (Fu) den Kraft-Zeitverlauf an der Probe beeinflusst.The invention relates to a test device for determining speed-dependent connection characteristics of a sample under impact load, in which the sample is gripped in a clamping section and in which an accelerated in an accelerator (4) over a delay line piston (18) the load in the form of a substantially elastic shock to the sample (2), wherein by a certain integration of a plastic impact component by means of a in the accelerator (4) mounted damping element (21) whose damping behavior during the impact load increases exponentially, and by a defined ratio of the energy required to accelerate the piston mass to the fracture energy of the sample, the determination of force-displacement or force-time curves at an approximately constant deformation rate during the sample failure and is achieved without significant superposition of vibrations from bounce, dad urch characterized in that the damping element only at load start up to a defined force (Fu) affects the force-time curve at the sample.

Description

Die Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung zur Ermittlung geschwindigkeitsabhängiger Verbindungskennwerte einer Probe unter Stoßbelastung, bei der die Probe in einer Einspannstrecke gefasst ist und 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, wobei durch eine bestimmte Integration eines plastischen Stoßanteils mittels eines in der Beschleunigungsvorrichtung (4) angebrachten Dämpfungselementes (21), dessen Dämpfungsverhalten während der Stoßbelastung exponentiell anwachst, 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.The invention relates to a testing device for determining speed-dependent connection characteristics of a sample under impact load, in which the sample is gripped in a clamping section and in which a device is mounted in an acceleration device. 4 ) via a flow path accelerated piston ( 18 ) the load in the form of a substantially elastic impact on the sample ( 2 ), whereby by a specific integration of a plastic impact component by means of a in the accelerating device ( 4 ) mounted damping element ( 21 ), whose damping behavior increases exponentially during the impact load, and by a defined ratio of the energy required to accelerate the piston mass to the fracture energy of the sample, determining force-displacement or force-time characteristics at approximately constant strain rate during sample failure, and without appreciable Overlapping of vibrations from bounce processes is achieved.

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 Labor absorption capacity of materials and material connections At 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 utmost 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 qunsistatische 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 perform high prediction accuracy is a knowledge of the exact strength and deformation behavior of materials and joined joints under high loading speeds necessary. For experimental determination of this strength and Deformation behavior becomes a testing device appropriate speed profile used. At such a Testing device for determining characteristic values under impact load are very high demands. Dynamic effects during The high-speed test can record the recorded Superimpose 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 higher those for qunsistatic experiments, and the use of commercial ones 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 have become available for the exam of materials, joints and components with high Test speeds developed. For the determination the strength and deformation behavior of the for the Automotive engineering relevant strain rate of max. 500 / sec are here in particular the servohydraulic quick tearing machine, the rotary impact mechanism and to call the Pendulum Impact.

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.The Servohydraulische Schnellzerreißmaschine is with a Pressure oil storage equipped, the hydraulic fluid over emits a control valve and thus a piston in an accelerator brings to the test speed. At the end of the delay line the cylinder of the accelerator couples to the end of the inner 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 driven by an inductive long-distance transducer (LVDT = Longitudinal Velocity Differential Transformer).

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 displacement the test cylinder delivers especially in experiments under often no 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 the Difference to the experiments under quasi-static and swinging Strain difficult at higher test speeds additionally dynamic influences during the experiment Interpretation and evaluation of the force signals. So it can at the Acquisition of measured values while trying to overlay the force signals come through vibrations, which are not the burden correspond to the sample. These disturbing influences arise depending on the strain rate from the overlay the actual measurement results with vibration influences from natural vibrations, inertial effects and wave phenomena and can falsify the measuring signals in extreme cases, 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 Dehnungsmessstreifen. 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.Against this background, the force measurement is generally carried out not only on the test device, z. B. on the crosshead in conventional servo-hydraulic Schnellzerreißmaschinen, but in addition, by evaluating the measurement signals of strain gauges applied to the sample. Such local measured value recording on the sample is state-of-the-art in material testing. However, with joined samples to determine characteristic values as a function of the test speed and the load introduction angle, it is not possible to record measured values directly at the joining point. Here, a complex test arrangement with many interfaces and comparatively large masses is necessary. These properties are in contradiction to the low masses and high stiffnesses required for abrupt investigations in the clamping strand. In addition to the problem area described, it is generally not possible to achieve a constant strain rate or local strain rate.

Eine Prüfvorrichtung für die Messaufnahme von Verbindungskennwerten von Proben unter schlagartiger Belastung ist in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2007 010 426 offenbart worden. Diese Prüfvorrichtung zeichnet sich durch ein Dämpfungselement in der Einspannstrecke aus.A test device for the measurement recording of connection characteristics of samples under sudden load is in the German patent application DE 10 2007 010 426 been revealed. This test device is characterized by a damping element in the clamping.

Es ist Aufgabe der Erfindung, das Dämpfungselement in der Einspannstrecke der genannten Prüfvorrichtung weiter so zu verbessern, dass sich ein weitgehend konstanter Verformungsgeschwindigkeits-Zeitverlauf an der Probe einstellt.It Object of the invention, the damping element in the Clamping distance of the tester mentioned so on to improve that is a largely constant deformation rate-time course at the sample.

Die Lösung dieser Aufgabe wird dadurch erreicht, dass das Dämpfungselement nur bei Belastungsbeginn bis zu einer definierten Kraft (Fu) den Kraft-Zeitverlauf an der Probe beeinflusst.The Solution of this problem is achieved in that the damping element only at the beginning of stress up to a defined force (Fu) the force-time course influenced at the sample.

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. 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.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. 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).

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.One decisive approach for reducing dynamic disruptive effects during the high-speed tensile tests is the minor Increase of the plastic impact component during sudden engagement of the piston. Without this central optimization, the snap-in the piston into the receptacle - here beats undamped Steel on steel - in first approximation as elastic Shock are considered. At this elastic shock arise However, significant bounce effects, resulting in the significant vibrations knock down in the force measurement, so that the evaluation of the Measuring signals do not reveal the actual Stress of the sample allows. This succeeds only by the targeted integration of a minor plastic Shock fraction in the operating principle of the test device. This is a thin damping element directly mounted in the accelerator device.

Auf den konusförmigen Kolben ist das Dämpfungselement rutschfest aufgebracht. Durch das Dämpfungselement wird ein gezielter und definierter plastischer Anteil auf die in erster Näherung als elastisch zu bezeichnende Stoßmechanik des Prüfstandes integriert.On the cone-shaped piston is the damping element non-slip applied. By the damping element is a targeted and defined plastic content on the first Approximation as elastically designated impact mechanism integrated into the test bench.

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 wear-resistant damping element applied to the piston, which is made of rubber or elastic plastic, is in his Thickness depends on the moving mass in the clamping section. 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. Dabei ist das Dämpfungselement bis zu einer Maximalkraft Fu verformbar.One such damping element has a non-constant damping on. The damping increases with increasing pressure load through the test cylinder exponentially too. Here is the damping element deformable up to a maximum force Fu.

Es hat sich nun gezeigt, dass sich ein schwingungsarmer Verlauf der Messwerte einstellt, wenn der Kraft-Wegverlauf nur bis zu der genannten Maximalkraft Fu beeinflusst wird. Dadurch wird ein Abfall der Lastanstiegsgeschwindigkeit auf den unteren Bereich des Kraftanstiegs begrenzt.It has now shown that a low - vibration course of Sets measured values, if the force-displacement curve only up to the specified maximum force Fu is affected. This will cause a drop in the load rise speed limited to the lower part of the force increase.

Der Kraftwert Fu markiert die obere Grenze des flacheren, durch das Dämpfungselement bedingten Kraftanstiegs. Dieser Kraftwert Fu sollte ein Viertel der Maximalkraft Fo nicht überschreiten, die die Grenze des elastischen Bereichs der Probe bezeichnet. Oberhalb dieser Kraft Fo wird die Probe plastisch verformt.Of the Force value Fu marks the upper limit of the flatter, through the Damping element conditional increase in force. This force value Fu should not exceed one quarter of the maximum force Fo, which denotes the limit of the elastic range of the sample. Above This force Fo is the sample plastically deformed.

Es gilt also die Formel: Fu ≤ 0,25 Fo.It So the formula applies: Fu ≤ 0.25 Fo.

Das Dämpfungselement verteilt die Beschleunigungsphase über einen längeren Zeitraum. Dabei wird durch die exponentielle Federcharakteristik des Dämpfungselementes erreicht, dass dieses nur im unteren Kraftbereich wirkt und der weitere Kraftanstieg unbeeinflusst bleibt. Durch den plastischen Stoßanteil wird ein sprunghafter Anstieg der Beschleunigung am Anfang der Beschleunigungsphase vermieden und damit hohe schwingungsauslösende Trägheitseffekte unterdrückt.The Damping element distributes the acceleration phase over a longer period. It is characterized by the exponential Spring characteristic of the damping element reaches that this acts only in the lower power range and the further increase in power unaffected. Due to the plastic impact component becomes a sudden increase in acceleration at the beginning of the acceleration phase avoided and thus high vibration-inducing inertia effects suppressed.

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 when testing samples at approximately constant Stress rate during sample failure and without significant superimposition of vibrations in the Force signal from bounce operations possible.

Die Maximalkraft Fo ist von den Materialparametern der zu messenden Probe abhängig. Dabei spielen die Probendicke, der Probenwerkstoff und die Fügetechnik eine wesentliche Rolle. Anhand der Maximalkraft Fo ist die Dicke des Dämpfungselementes und seine Federcharakteristik zu bestimmen.The Maximum force Fo is the one of the material parameters to be measured Sample dependent. The sample thickness, the sample material, plays a role here and joining technology plays an essential role. Based on Maximum force Fo is the thickness of the damping element and to determine its spring characteristic.

In den Figuren ist die Erfindung beispielhaft dargestellt.In the figures, the invention is exemplified.

1 zeigt schematisch eine Prüfanlage mit servohydraulischer Zerreißmaschine. 1 schematically shows a test system with servohydraulischer tensile machine.

2 zeigt Diagramme von Schwingungsverläufen. 2 shows diagrams of vibration curves.

3 zeigt eine Beschleunigungsvorrichtung im Schnitt vor dem Einrasten des Kolbens. 3 shows an accelerating device in section before the engagement of the piston.

4 zeigt schematisch die Wirkungsweise der Beschleunigungsvorrichtung. 4 schematically shows the operation of the accelerator.

5 zeigt den Verlauf der Probenverformung mit Dämpfungselement 5 shows the course of the sample deformation with damping element

In 1 ist schematisch eine Prüfvorrichtung 1 zur Ermittlung von Verbindungskennwerten an einer Probe 2 dargestellt. An der Prüfmaschine 9 ist der Hochgeschwindigkeitszylinder 3 angebracht, der seine Energie aus dem Hochdruckölspeicher 11 erhält. Der Hochgeschwindigkeitszylinder 3 bringt die Belastung auf die Einspannstrecke, die aus der Beschleunigungsvorrichtung 4, den Gelenken 6, dem Halter 5 und dem Spannblock 7, in dem auch eine Kraftmesseinrichtung enthalten sein kann, besteht. Über die Beschleunigungsvorrichtung 3 wird die Stoßbelastung auf die Probe 2 erzeugt. Die Verformung der Probe 2 wird über die Hochgeschwindigkeitskamera 8 unmittelbar lokal auf der Probe gemessen. Die Kraftmessung erfolgt auf der Probe oder in unmittelbarere Nähe zur Probe „quasilokal" über applizierte Dehnungsmessstreifen. Die Messwerte werden dem Messsystem 10 zugeführt und ausgewertet. Dazu ist ein spezielles Softwaretool vorhanden, dass automatisiert die Auswertung der Verbindungskennwerte (Bruchkraft, Bruchenergie, Steifigkeit, Bruchweg) ermöglicht.In 1 is schematically a testing device 1 for determining connection parameters on a sample 2 shown. At the testing machine 9 is the high-speed cylinder 3 attached, its energy from the high-pressure oil storage 11 receives. The high-speed cylinder 3 puts the load on the chucking line coming out of the accelerator device 4 , the joints 6 , the holder 5 and the clamping block 7 , in which also a force measuring device may be included exists. About the accelerator device 3 is the impact load on the sample 2 generated. The deformation of the sample 2 is via the high speed camera 8th measured directly locally on the sample. The force is measured on the sample or in close proximity to the sample "quasi-lokally" via applied strain gauges 10 fed and evaluated. For this purpose, a special software tool is available, which enables the evaluation of the connection characteristics (breaking load, fracture energy, rigidity, fracture path) automatically.

In 2 sind typische Messkurven A und A' dargestellt, die die Schwingungen in den Kraftwerten F auf der Ordinatenachse und die über die Messung der Verschiebung des Prüfzylinders ermittelte Probenverformung s bzw. die unmittelbar auf der Probe mittels optischer Verformungsmessung und Grauwertkorrelationsverfahren bestimmte Probenverformung s auf der Abszissenachse zeigen.In 2 FIG. 2 shows typical measurement curves A and A 'which show the oscillations in the force values F on the ordinate axis and the sample deformation s determined via the measurement of the displacement of the test cylinder or the sample deformation s determined directly on the sample by means of optical deformation measurement and gray value correlation methods on the abscissa axis ,

In 3 ist ein schematischer Schnitt durch den Hochdruckzylinder 3 und die Beschleunigungsvorrichtung 4 gezeigt. Über den Zylinderkolben 15 und seine Kolbenstange 16 wird der Prüfzylinder 20 in Richtung des Pfeils beschleunigt. In dem hier dargestellten Zustand ist die Geschwindigkeit vk des Kolbens 18 und seine Beschleunigung ak noch NullIn 3 is a schematic section through the high pressure cylinder 3 and the accelerator 4 shown. About the cylinder piston 15 and his piston rod 16 becomes the test cylinder 20 accelerated in the direction of the arrow. In the state shown here, the velocity v k of the piston 18 and its acceleration a k is still zero

Danach schlägt der Kolben 18 auf den Konus 19 und reißt die Kolbenstange 17 mit, an der die Probe befestigt ist. Der Kolben 18 ist das Dämpfungselement 21 angebracht, welches den plastischen Stoßanteil bewirkt.After that, the piston hits 18 on the cone 19 and tear the piston rod 17 with, where the sample is attached. The piston 18 is the damping element 21 attached, which causes the plastic impact component.

In 4 ist schematisch in den Teilfiguren a, b, c, d die Wirkungsweise der Beschleunigungsvorrichtung dargestellt.In 4 is shown schematically in the sub-figures a, b, c, d, the operation of the accelerator device.

In der Teilfigur a ist die gesamte Beschleunigungsvorrichtung in Ruhe. Die Geschwindigkeiten vP des Prüfzylinders 20 und des Kolbens 18 vk sind Null.In the partial figure a, the entire accelerator device is at rest. The speeds v P of the test cylinder 20 and the piston 18 v k are zero.

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 19 an und der Kolben wird beschleunigt, ak und vk werden größer Null.In the sub-figure c, the piston hits the cone 19 and the piston is accelerated, a k and v k become greater zero.

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 18 und damit auf den Halter 5 aufgebracht.Thus, the experimental condition is reached, a constant test speed is applied to the piston 18 and thus on the holder 5 applied.

In 5 sind Messkurven über der Prüfzeit t dargestellt, die in der durchgezogenen Linie die auf eine Probe aufgebrachte Kraft F und in der unterbrochenen Linie die Verformungsgeschwindigkeit v der Probe zeigen. Weiterhin sind die Kennwerte Fu für das Dämpfungselement und Fo für den elastischen Bereich der Probe eingetragen. Der Kraftwert Fu markiert die obere Grenze des flacheren, durch das Dämpfungselement bedingten Kraftanstiegs. Der Kraftwert Fo definiert die obere Grenze des elastischen Bereichs der Probe. In dem hier gezeigten Beispiel beträgt Fu etwa 3,5 kN und Fo etwa 14 kN. Diese Messkurven sind an einer Probe aus dem Werkstoff X5CrNi18-10 aufgenommen, bei der die Fügeverbindung mit einem hochfesten Blindniet hergestellt war.In 5 are plots over the test time t shown in the solid line show the force applied to a sample F and in the broken line the deformation rate v of the sample. Furthermore, the characteristic values Fu for the damping element and Fo for the elastic range of the sample are entered. The force value Fu marks the upper limit of the flatter force increase due to the damping element. The force value Fo defines the upper limit of the elastic range of the sample. In the example shown here, Fu is about 3.5 kN and Fo about 14 kN. These traces were taken on a sample of the material X5CrNi18-10, in which the joint was made with a high-strength blind rivet.

Der Verlauf der Kurve verdeutlicht die Wirkung des Dämpfungselementes. Es verteilt die Beschleunigungsphase über einen längeren Zeitraum. Das Dämpfungselement wirkt nur im unteren Kraftbereich und der weitere Kraftanstieg bleibt unbeeinflusst.Of the The course of the curve illustrates the effect of the damping element. It distributes the acceleration phase over a longer period Period. The damping element only works in the lower force range and the further increase in power remains unaffected.

Dabei wird durch die exponentielle Federcharakteristik des Dämpfungselementes erreicht, dass ein sprunghafter Anstieg der Beschleunigung am Anfang der Beschleunigungsphase der Fügezone vermieden wird. Dadurch werden hohe schwingungsauslösende Trägheitseffekte unterdrückt. Zum Vergleich mit dem Kraftanstieg ist auch die Verformungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Prüfzeit dargestellt. Es wird deutlich, dass es erst am Ende des flachen Kraftanstieges zu einer Beschleunigung der Probe und somit zu einem Anstieg der Verformungsgeschwindigkeit an der Fügestelle kommt. Beim Kraftmaximum entspricht die Belastung an der Fügestelle der Sollgeschwindigkeit. Die Verformungsgeschwindigkeit ist über den Prüfzeitraum weitgehend konstant und steigt erst nach dem Probenbruch durch die schlagartige Entlastung des Einspannstranges sprunghaft an.there is due to the exponential spring characteristic of the damping element Achieved that a sudden increase in acceleration in the beginning the acceleration phase of the joining zone is avoided. Thereby become high vibration-inducing inertial effects suppressed. For comparison with the increase in power is also the deformation rate depending on the Test time shown. It becomes clear that it was not until the End of the flat force increase to an acceleration of the sample and thus to an increase in the deformation rate at the Joint is coming. At maximum force, the load corresponds at the joint of the target speed. The deformation speed is largely constant over the test period and rises only after the sample break by the sudden discharge of the chuck strand jumped.

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
FoFo
oberer Kraftwertupper force value
FuFu
unterer kraftwertlower power value
ss
Verformungswegdeformation
tt
PrüfzeitTest time
vv
Verformungsgeschwindigkeitstrain rate

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (2)

Prüfvorrichtung zur Ermittlung geschwindigkeitsabhängiger Verbindungskeimwerte einer Probe unter Stoßbelastung, bei der die Probe in einer Einspannstrecke gefasst ist und 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, wobei durch eine bestimmte Integration eines plastischen Stoßanteils mittels eines in der Beschleunigungsvorrichtung (4) angebrachten Dämpfungselementes (21), dessen Dämpfungsverhalten während der Stoßbelastung exponentiell anwächst, 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, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement nur bei Belastungsbeginn bis zu einer definierten Kraft (Fu) den Kraft-Zeitverlauf an der Probe beeinflusst.Test device for determining velocity-dependent connection nuclei values of a sample under impact load, in which the sample is held in a clamping section and in which an accelerator device ( 4 ) via a flow path accelerated piston ( 18 ) the load in the form of a substantially elastic impact on the sample ( 2 ), whereby by a specific integration of a plastic impact component by means of a in the accelerating device ( 4 ) mounted damping element ( 21 ), whose damping behavior increases exponentially during the impact load, and by a defined ratio of the energy required to accelerate the piston mass to the fracture energy of the sample, the determination of force-displacement or force-time curves at approximately constant deformation rate during the sample failure and without appreciable Overlapping of vibrations from bounce processes is achieved, characterized in that the damping element only at load start up to a defined force (Fu) affects the force-time curve at the sample. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die definierte Kraft (Fu) nicht höher als ein Viertel des Kraftmaximums (Fo) ist, bis zu dem die Probe elastisch ist.Test device according to claim 1, characterized characterized in that the defined force (foot) is not higher as a quarter of the maximum force (Fo) is to which the sample is elastic.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106990001A (en) * 2017-04-13 2017-07-28 华中科技大学 A kind of impact energy control and detection means

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007010426B4 (en) 2007-03-01 2008-11-13 Ortwin Prof. Dr.-Ing. Hahn Test device for samples under impact load
DE102011002242B4 (en) * 2011-04-21 2014-05-22 BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung High-speed pressure test device for performing compression tests
DE102015016149A1 (en) 2015-12-12 2017-06-14 Ulrich Keller RF cylinder

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007010426A1 (en) 2007-03-01 2008-09-04 Ortwin Prof. Dr.-Ing. Hahn Testing device for determining speed-dependent connection characteristic value, has clamping section to collect sample, where determination of force-displacement or force-time ratios are achieved at constant speed during sample collection

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3149986C2 (en) * 1981-12-17 1985-05-23 Hahn, Ortwin, Prof.Dr.-Ing., 4790 Paderborn Test method and device for determining the fracture parameters of materials or construction elements subjected to shock loads
DE3529470A1 (en) * 1985-08-16 1986-01-02 Siegfried 7032 Sindelfingen Heck Tension impact test machine for the sudden stressing of tensile specimens, preferably made of plastics
DE3802500C1 (en) * 1988-01-28 1989-06-22 Roboflex Ag, Weinfelden, Ch
DE59103048D1 (en) * 1991-02-28 1994-10-27 Schenck Ag Carl Test device for mechanical loading of a test specimen.
DE19510366C1 (en) * 1995-03-22 1996-08-22 Hahn Ortwin Test head for load bearing capacity test machines

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007010426A1 (en) 2007-03-01 2008-09-04 Ortwin Prof. Dr.-Ing. Hahn Testing device for determining speed-dependent connection characteristic value, has clamping section to collect sample, where determination of force-displacement or force-time ratios are achieved at constant speed during sample collection

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106990001A (en) * 2017-04-13 2017-07-28 华中科技大学 A kind of impact energy control and detection means
CN106990001B (en) * 2017-04-13 2019-05-03 华中科技大学 A kind of control of impact energy and detection device

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