DE4200173A1

DE4200173A1 - Verfahren und vorrichtung zur ermittlung des dehnungsverhaltens von prueflingen

Info

Publication number: DE4200173A1
Application number: DE19924200173
Authority: DE
Inventors: Meinolf Montag
Original assignee: Tema Teubner & Mandewirth GmbH
Current assignee: Tema Teubner & Mandewirth GmbH
Priority date: 1992-01-07
Filing date: 1992-01-07
Publication date: 1993-07-08

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren/Vorrichtung zur Ermittlung des Dehnungsverhaltens von Prüflingen, bei spielsweise Baustahlstäben, gemäß Gattungsbegriff des Hauptanspruches.

Es ist bekannt, das Dehnungsverhalten entsprechender Prüflinge in sogenannten Tastarm-Dehnungsmeß-Geräten zu untersuchen. Der zwischen zwei Spannköpfen eingespannte Prüfling wird in axialer Richtung belastet, ggf. bis zum Zerreißen. Eine bestimmte Strecke des Prüflinges wird von einem Tastarm abgegriffen. Die Lösungen sind trotz relativ aufwendiger Bauformen von der Arbeitsweise und vom Ergebnis her unzureichend. Vielfach reißt der Prüf ling gerade nicht im Bereich zwischen den vom Tastarm abgegriffenen Meßpunkten. Da international die verschie denen Normen zur Durchführung solcher Dehnungsmessungen bestehen, können entsprechende Tastarm-Dehnungsmesser auch nicht alle jeweiligen Normungen erfüllen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungs gemäßes Verfahren, einschließlich einer dafür geeigneten Vorrichtung, anzugeben derart, daß neben einer optimalen vollständigen Registrierung aller Aussagen, die in die ser Richtung von einem Prüfling von Interesse sein kön nen, erreichbar ist, sondern daß man sogar Rückschlüsse auf das Gefügeverhalten in möglichst kleinen Teilberei chen bekommt, bis zu der Schlußfolgerung hin, sagen zu können, wann und an welcher Stelle der Prüfling voraus sichtlich reißt, bevor letzteres geschehen ist.

Gelöst ist diese Aufgabe durch die im Kennzeichnungsbe griff des Hauptanspruches angegebene Erfindung. Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterentwicklungen dar.

Zufolge dieser Ausgestaltung ist es ermöglicht, daß na hezu alle entsprechenden Kenndaten des Prüflings mit ho her Genauigkeit erfaßt werden, eingeschlossen die Mög lichkeit, die sich auf die einzelnen abgeteilten Berei che gewonnener Meßdaten untereinander über bestimmte, be liebige Längenabschnitte des Prüflings wieder zu inte grieren. Die Zeilenkamera ist dabei ohne weiteres in der Lage, durch eine entsprechend hohe Anzahl von Bildpunk ten pro markiertem Bereich, alle Daten in genügender Ge nauigkeit und Spreizung zu registrieren. Zusätzlich zu den durch die Farbmarkierungen gebildeten definierten Abständen ist als weiterer Meßparameter eingegliedert die Variation der in definierter Breite aufgetragenen Farbmarkierungen selbst, wobei gefunden wurde, daß es ohne weiteres möglich ist, Farbmarkierungen aus solchen Stoffen aufzubringen, die im Rahmen der hier vorliegen den Größenordnung in der Dehnung ein rein elastisches Verhalten zeigen, ohne die Gefahr einer messungsverfäl schenden Rißbildung oder dergleichen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beispielsbeschreibung:

Verfahren zur Ermittlung von Teildehnungen einer Werkstoffprobe bei einem Zugversuch nach DIN 50 145

Beim Zugversuch nach DIN 50 145 wird eine Werkstoffprobe mit zwei Spannköpfen eingespannt und mit einer Kraft in axialer Richtung der Probe diese bis zum Zerreißen gebracht. Dabei kann ein Diagramm von der mechanischen Spannung über der Dehnung aufgenommen werden. Die Dehnung als prozentuale Län genänderung wird hierbei auf die Bezugslänge 10* Proben durchmesser bestimmt.

Das Verfahren zur Ermittlung von Teildehnungen wird nachfol gend beschrieben.

Auf jeder Probe werden manuell oder automatisch Farbmarkie rungen in einem definierten Abstand und einer definierten Breite aufgebracht. Dann wird die Probe mit den beiden Spannköpfen eingespannt. Die gesamte Probe wird mit einer hochauflösenden, fest installierten Zeilenkamera betrachtet.

Bild 1, Meßaufbau für das Teildehnungsmeßverfahren

Zu jedem Bildpunkt der Zeilenkamera läßt sich ein geometrischer Ort in bezug zum unteren, feststehenden Spannkopf zuordnen. Als Ausgangswerte der Zeilenkamera erhält man analoge Spannungen zu jedem Bildpunkt, die von der eingefallenen Lichtintensität und der Wellenlänge des eingefallenen Lichtes abhängen.

Ebenso wie jedem Bildpunkt der Zeilenkamera dann auch jedem Spannungswert ein geometrischer Ort zugeordnet werden.

Als Ergebnis der Betrachtung einer hellen Probe mit dunklen Markierungen ist folgender Spannungsverlauf denkbar:

Bild 2, Spannungsverlauf einer stehenden Probe als Funktion des Ortes

Zu beachten ist, daß es sich bei den Spannungen nach oben genannter Zuordnung um ortsdiskrete Werte handelt, wie folgende Ausschnittsvergrößerung darstellen soll:

Bild 3, diskrete Spannungswerte als Funktion des Ortes

Im weiteren Verlauf dieser Beschreibung werden der Übersichtlichkeit wegen Diagramme in der Art nach Bild 2 verwendet.

Folgende Zuordnung ist somit denkbar:

Bild 4, Zuordnungen, Probe und Markierungen zur Spannung

Wird die Probe durch Wirkung einer axialen Kraft gedehnt, dehnen sich die Markierungen und die Abstände zwischen den Markierungen ebenfalls. Bild 5 soll dieses verdeutlichen:

Bild 5, Dehnung einer Probe mit den aufgebrachten Markierungen

Entsprechend den Markierungen und Abständen sind die folgenden Spannungsverläufe ermittelbar:

Bild 6, Spannungsverlauf während einer Probendehnung

Hierbei ist schon berücksichtigt, daß der Farbstoff der dunklen Markierungen aufhellt und eine entsprechend größere Lichtintensität reflektiert.

Eine Dehnung der Probe wirkt sich im Spannungsverlauf als größerer Abstand der Spannungseinbrüche und der Abstände zwischen den Spannungseinbrüchen aus.

Ebenso sind natürlich helle Markierungen auf einer dunklen Probe möglich. Der Spannungsverlauf wurde dann an den Stel len der hellen Markierung Spitzen aufweisen.

In den obigen Ausführungen wurde gezeigt, daß ein Dehnvor gang einer Werkstoffprobe in ein Spannungs/Orts-Diagramm übertragen werden kann.

Diese Spannungsverläufe können nun ausgewertet werden. Zu Beginn der Messung werden alle markanten Orte bzw. Punkte der Probe mit Hilfe der zugehörigen Spannungen ermittelt. Als markante Orte zählen hier der Beginn und das Ende eines Spannungseinbruches entsprechend Beginn und Ende einer Mar kierung.

Im Verlauf der Dehnung der Probe werden nun kontinuierlich die markanten Punkte ermittelt und somit ist für jeden denk baren Abstand zweier markanter Punkte zu jedem Zeitpunkt die Dehnung zwischen diesen angebbar.

Im nachfolgenden Bild 7 seien die markanten Punkte anhand der ergebenen Spannungswerte und zugehörige Längen/Längen änderungen (L_Oi, ΔL_Oi) dargestellt.

Bild 7, Ermittlung der markanten Punkte, zugehöriger Längen und Längenänderungen

Im Idealfall, d. h. bei einer völlig homogenen Probe und axialer Kraftwirkung sind alle ermittelbaren Dehnungen gleich. In Wirklichkeit sind in den Proben Gefügeänderungen und mechanische Spannungen vorhanden. Die mit diesem Verfahren aufgenommenen Dehnungen geben somit Aufschluß über die Homogenität des Werkstoffs und über mechanische Spannungen.

Auch kann vorhergesagt werden, an welcher Stelle die Probe zerreißen wird, weil sich eine der Teildehnungen anders ver hält als der Rest der Teildehnungen (z. B. früheres Erreichen der Streckgrenze, oder flachere Steigung des Dehnungsverlau fes gegenüber dem Rest der Teildehnungen bzw. der Gesamtdeh nung).

So kann die Abweichungen der Teildehnungen von der Gesamt dehnung zu jedem Dehnungszeitpunkt

ebenfalls dargestellt werden:

Bild 8, Dehnungsabweichungen in Abhängigkeit von der ursprünglichen Probe zu einem beliebigen Dehnungszeitpunkt

Zu beachten ist, daß alle ermittelten Teildehnungswerte ortsdiskrete Werte sind.

Claims

1. Verfahren zur Ermittlung des Dehnungsverhaltes von Prüflingen, beispielsweise Baustahlstäben, bei welchen das zu prüfende Teil (Prüfling) zwischen zwei Spannköp fen eingespannt und in axialer Richtung, gegebenenfalls bis zum Zerreißen, belastet wird, dadurch gekennzeich net, daß der Prüfling mit in Zugbelastungsrichtung in definierten Abständen hintereinander angeordneten Farb markierungen einer definierten Breite ausgestattet wird, deren zugbelastungsbedingte Teilungsänderung mittels einer hoch auflösenden Zeilenkamera je für sich regi striert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Registrierung auch als Funktion der Zeit festge halten wird.

3. Verfahren, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Teilungsänderung die Lichtintensitätsänderung registriert wird, die aus der mit der Dehnung der Farbmarkierungsfelder einhergehenden Veränderung der Lichtreflexion resultiert.

4. Verfahren, nach einem oder mehreren der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbmar kierungen als Schwarzfelder gestaltet sind und die aus der Dehnung resultierende Grauwertänderung der Felder registriert wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Zeilenkamera mit einem von dem einen Spannkopf ausgehenden und über eine Vielzahl von Farbmarkierungsfeldern des eingespannten Prüflings erstreckenden Beobachtungsbereich, welche Zeilenkamera analoge Spannungen zu den einzelnen Bild punkten liefert, die von der eingefallenen Lichtintensi tät und Wellenlänge des eingefallenen Lichtes abhängig sind.