WO2018011092A1 - Material sample, method for establishing a sample geometry, method for determining a material behaviour and/or material characteristic values, stress-strain curve of a material and product - Google Patents

Material sample, method for establishing a sample geometry, method for determining a material behaviour and/or material characteristic values, stress-strain curve of a material and product Download PDF

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Xiangfan Fang
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Definitions

  • Material sample method for determining a sample geometry, method for determining a material behavior and / or material properties, stress-strain curve of a material and
  • the invention relates to a material sample for determining a
  • the invention relates to a method for determining a sample geometry of a material sample. Moreover, the invention relates to a method for determining a material behavior and / or of
  • the invention relates to a stress-strain curve of a
  • the invention relates to a product.
  • product development such as e.g. in vehicle or aircraft construction
  • the material data, particularly stress-strain curves are, in quasi-static range from about lO "4! / ⁇ To about 10 _1 1 / by quasi- static tension-compression testing machines with slower crosshead speed measured. At higher speed servo-hydraulic
  • the crosshead can reach a speed of up to 20 m / s. With this, strain rates of up to more than 1000 1 / s can be achieved with correctly designed sample geometry.
  • the servo-hydraulic machines are easy to handle
  • Machine crosshead is transferred to the samples. This creates shock-like stresses: shock or voltage waves propagate through the sample and periphery and are reflected at impedance and transitions. This results in vibrations of the entire machine sample holder sample system, which are also referred to as system vibrations.
  • the disadvantage of conventional sample geometry is that the measured force signals transmitted via the load cells of the machines or other measuring devices, such as
  • DMS Strain gauges
  • Machine speed which corresponds to approximately 100 1 / s strain rate at an ISO sample DIN EN ISO 26203-2, 2012-01, is no longer possible. Solutions were developed in which the force is not applied to the sample holder through the load cell of the machine, but directly via strain gauges on the machine
  • round or flat tensile specimens whose geometry (length, width and shape) are standardized. They consist essentially of a narrower or thinner area where plastic deformations are to take place, and a sample shoulder area where no plastic Deformations may take place and what the sample on the sample holder can be clamped.
  • SHPB split Hopkinson Bar
  • Phenomena do not occur in a tensile test during the tensile test on a servo-hydraulic tensile testing machine.
  • Vibrations of the force signals which are indicated on s.g. System vibrations in the sample and the Switzerland strigrüfmaschine is due.
  • the FAT guideline is for the reliable determination of crash relevant, strain rate dependent material characteristics for crash simulations in the
  • the force of the change in the geometry of the region is detected optically, and wherein the force causing the change of the geometry is determined on the basis of a predetermined, preferably one-to-one force-change of geometry.
  • Context is calculated from the optically detected change in geometry.
  • Force measuring cell in which at least one force measuring sensor is integrated, a force acting on the material sample force is measured, wherein before, during and after the measurement, the load cell is directly connected to the material sample.
  • the invention has for its object to improve a material sample mentioned above structurally and / or functionally.
  • the invention is the
  • the object of the invention is to improve an initially mentioned method.
  • the invention has for its object to improve an initially mentioned stress-strain curve.
  • the invention has the object to improve a product mentioned at the outset structurally and / or functionally.
  • the aim is to develop a method which, by combining all the necessary measures for machines, sample holders, sample geometry and measuring method, for the entire strain rate ranges from quasi-static 10 l / s to dynamic 10 4 l / y and beyond can be.
  • the sample geometry should be used in the entire strain rate range to avoid deviations of the
  • the object is achieved with a material sample having the features of claim 1.
  • the material sample may be for use in a testing device.
  • the test device may be an electro-mechanical universal testing machine or a servohydraulic testing machine.
  • the material sample may be made of a metal, a metallic alloy, a steel, a steel alloy, a light metal, a light metal alloy, a non-metal, an organic material, a plastic, a
  • the main deformation portion, the elastically deformable deformation portion and the sub deformation portion may be made of the same material.
  • Such a material sample can be described as homogeneous.
  • the main deformation portion, the elastically deformable deformation portion and the sub deformation portion may be made of different materials.
  • Such a material sample can be referred to as inhomogeneous.
  • the material sample may have a longitudinal axis.
  • Main deformation portion, the elastically deformable deformation portion and the secondary deformation portion may be arranged along the longitudinal axis.
  • the elastically deformable deformation portion may be disposed between the main deformation portion and the sub deformation portion.
  • the material sample can in addition to the main deformation section, the elastically deformable deformation section and the
  • Sub-deformation portion have a first end portion and a second end portion.
  • the end portions may be sample shoulders.
  • the end portions may be arranged on the material sample in the extension direction of the longitudinal axis at opposite ends of the material sample.
  • the end sections are used for clamping the material sample in a tester.
  • the material sample may have a first transition portion between the first end portion and the main deformation portion.
  • the material sample may have a second one between the main deformation portion and the elastically deformable deformation portion Have transition section.
  • Deformation section and the secondary deformation section can connect directly to each other.
  • the minor deformation portion may be locally deformable.
  • the material sample can have a different width or different diameters transversely to the longitudinal axis in sections.
  • Material sample can at the secondary deformation section a feeder
  • the first end portion may be disposed at the first transition portion and at the main deformation portion, respectively.
  • the second end portion may be disposed on the minor deformation portion.
  • the second end portion may serve to firmly clamp the material sample.
  • the first end portion may serve to initiate a loading force or loading movement.
  • the main deformation portion is mainly and plastically deformed under the action of a loading force.
  • a load of the material sample is a plastic deformation
  • the elastically deformable deformation section is elastically deformed under the action of a loading force.
  • a load of the material sample of the secondary deformation section is slightly plastically deformed under the action of a loading force.
  • the secondary deformation portion can be easily deformed locally under the action of a loading force.
  • the main deformation portion, the elastic deformability of the elastically deformable deformation portion, and the plastic deformability of the minor deformation portion can be deformed
  • the sample material, the material dimension, the measuring method and / or the loading speed may be a vote of the Main deformation section, of elastically deformable
  • Deformation section and the secondary deformation section influence.
  • Loading speed can be parameter for geometric and
  • the main deformation portion, the elastically deformable deformation portion, and the minor deformation portion may be matched with each other so that vibrations are reduced or avoided when the load test is performed on the elastically deformable deformation portion.
  • the material sample may have a smallest at the main deformation section
  • the material sample may have a larger cross-section at the elastically deformable deformation portion than at the
  • the material sample can at the secondary deformation section a
  • the cross-sectional weakening can be designed as a recess and / or as a feeder.
  • the cross-sectional weakening can be carried out by means of a sectionally reduced material thickness.
  • the material sample must have the geometric and mechanical condition at the main deformation section
  • R mBl tensile strength of the sample material in the main deformation section
  • a m cross-sectional area of the material sample in the
  • the length of the main deformation section may be, for example, 20 mm to achieve a strain rate of 1000 1 / s at a machine speed of 20 m / s. However, this can be varied depending on the application.
  • the first transition section and the second transition section must be at a
  • the material sample has at least one measuring section on the elastically deformable deformation section. This at least one measuring section may have a defined distance from the main deformation section, from the secondary deformation section and from a sample edge.
  • the at least one measuring section is to the second transition section and the secondary deformation section a defined distance depending on a material to be tested and a material dimension to be tested
  • the at least one measuring section should also have a defined distance depending on one testing material and a material dimension to be tested to free
  • the main deformation section, the second transition section, the elastically deformable deformation section and the secondary deformation section for a material should be designed in such a way that a sufficiently large homogeneous stress field propagates in the elastically deformable deformation section over the time of the test duration.
  • the stress field should, based on the area cross-section, be able to represent a true instantaneous test force over the entire duration of the test.
  • the field of tension should be the dimensions of a
  • the material sample must have the geometric and mechanical condition on the elastically deformable deformation section
  • R mm tensile strength of the sample material in the main deformation section
  • a m cross-sectional area of the material sample in the
  • a B2 cross-sectional area of the material sample in the elastically deformable
  • the material sample can determine the geometric and mechanical conditions
  • J? miJ1 tensile strength of the sample material in the main deformation section;
  • a m cross-sectional area of the material sample in the
  • Main deformation section undergoes major deformation.
  • Transition portion, the elastically deformable deformation portion and the secondary deformation portion is essential for a low-vibration and accurate measurement of force signals.
  • the recess and / or the indentation on the secondary deformation section can / at least partially be oval, rectangular or round.
  • a limitation of the recess and / or the indentation on the Sub-deformation section may / may be at least partially oval, rectangular or round.
  • the material sample may have a round, oval, polygonal and / or square cross section.
  • the material sample may be made of a flat product.
  • the material sample may have at least one notch.
  • the required distances of the at least one measuring section from the main deformation section, from the elastically deformable deformation section and from a sample edge can be defined.
  • Transition portion, the elastically deformable deformation portion and the Niedergeformationsabitess be determined.
  • the required distances can alternatively or additionally be determined experimentally.
  • the force readings can be recorded using strain gauges (strain gauges).
  • the strain gauges can be pre-calibrated.
  • a measurement is performed on the elastically deformable deformation portion.
  • the sample can preferably be provided on both sides with a respective DMS, which are interconnected as a half bridge.
  • influences of higher-order modes, such as modes second, third, fourth, etc., which are expressed primarily by structural bending, can be compensated.
  • the force measurement can be done on two sides of the material sample.
  • the force measurement values can also be detected, for example, by means of an optical method.
  • the material sample can be loaded monoaxially, biaxially or multiaxially with tension or pressure.
  • the material sample can be used with a strain rate in a wide Dehnraten Scheme of preferably 10 4 to 10 4 1 / s.
  • the object underlying the invention is achieved with a product having the features of claim 14.
  • the product may be a workpiece.
  • the product can be an intermediate.
  • the product can be
  • the product can be automotive product.
  • the product can be an industrial product.
  • the invention thus provides a new method for low-vibration force measurements in dynamic material tests using a new sample geometry.
  • a sample can have five deformation sections with different widths or diameters, which are all smaller than those of the sample shoulder.
  • a force application for a tensile or compressive test can be carried out in the first end portion, while in a second end portion, the sample must be firmly clamped and immovable.
  • the main deformation portion may have a smallest dimension in width and thickness direction. In this area, a real plastic deformation should take place until a break.
  • the elastically deformable deformation section in width and / or
  • Thickness direction to be larger than the main deformation section.
  • a cutout in the sample and / or at the edge of the sample can be introduced for cross-sectional weakening.
  • This recess can have various shapes, for example oval, rectangular, round, etc., and be arbitrarily complex.
  • Excitations which put the sample in a vibrational state can be found in a secondary deformation section are converted into plastic deformation and displacement.
  • the energetic conditions such as kinetic energy, internal work, work of the volumetric forces and work of the surface forces, can in the elastically deformable deformation section and in the
  • Deformationsabêt can be performed.
  • Main deformation portion, the second transition portion, the elastically deformable deformation portion and the minor deformation portion may have a strong influence on test results.
  • the following requirements must be met:
  • the first transition section, the main deformation section and the second transition section should be designed such that in
  • Transition portion, the elastically deformable deformation portion and the secondary deformation portion should be adapted for a material such that a significant vibration reduction at faster
  • the cross section of the minor deformation section to the weakest cross section of the main deformation section should be selected as much as possible so that failure does not occur in the minor deformation section;
  • Transition portion, the elastically deformable deformation portion and the secondary deformation portion is to be designed for a material such that elastically deformable deformation portion, on the Furthermore, it is intended to represent the true instantaneous test force over the entire test duration, based on the area cross section, and, furthermore, it should correspond to the dimensions of the applied test
  • Vibrations can be measured.
  • This sample can be used in the strain rate range between preferably 10 "4 1 / s to 10 4 1 / s and beyond, using all common existing machines, sample holders, and / or measuring methods
  • the same sample geometry can be used throughout the strain rate range. This will cause deviations of one
  • Homogeneous materials are materials whose mechanical properties are largely independent of location, which is the case with metallic materials with good production conditions.
  • composites and plastics i.a. Fiber-reinforced plastics, the properties in the workpiece are often location-dependent.
  • 1 shows a sample of material with a main deformation section, a
  • FIG. 2 shows a comparison of force measurements on material samples
  • FIG. 3 shows a stress-strain curve and associated changes in a strain rate during a constant tensile test
  • Fig. 1 shows a material sample 100.
  • the material sample 100 is used to determine material characteristics in a load test.
  • the material sample 100 has a longitudinal axis 102.
  • the material sample 100 is symmetrical to the longitudinal axis 102.
  • the material sample 100 has a first end portion 104, a first transition portion 106, a
  • the end sections 104, 16 serve for clamping the material sample 100 into a test device. It serves the end portion 1 16 for fixed clamping and the end portion 104 to initiate a test force or test movement of the test apparatus. At the end portions 104, 16, the material sample 100 has the greatest width. At the main deformation portion 108, the
  • the first transition section 106 is one of the first end section 104 to the main deformation section 1 08 running without sudden decreasing width. At the first
  • Transition section 1 06 is a radius available.
  • Material sample 100 has a greater width than at the main deformation section 108.
  • the second transition portion 1 10 is connected to one of the
  • Deformationsabêt 1 1 2 executed jumpless increasing width.
  • the material sample 100 has a measuring field 1 18.
  • the measuring field 118 is preferably rectangular with a length I and a width b.
  • the measuring field 1 18 has to the second transition section 1 10 a distance Ii, to the secondary deformation section 1 14 a distance l 2 and to a
  • Outer edge 120 of the material sample 100 distances bi and b2 on. This o.g.
  • the material sample 1 00 has a recess 122 and a feeder 126.
  • the recess 122 has a circumferential inner edge 124.
  • the secondary deformation portion 1 14 is the side of the recess 122 and the feeder 126 locally deformable.
  • the geometry of the material sample 100 is determined using the finite element method taking into account the sample material, the measurement method and / or the loading speed.
  • Subordinate deformation portion 1 14 are coordinated so that when performing a load test, the main deformation portion 1 08 plastically deformed and deformed to failure, the elastically deformable deformation portion 1 12 elastically deformed and the secondary deformation portion 1 14 slightly plastically deformed, wherein at high Strain rates on the elastically deformable deformation portion 1 12, the vibrations are reduced or avoided.
  • Deformationsabites 1 12 and the secondary deformation section 1 14 are coordinated such that in the elastically deformable
  • sample deformations are measured to calculate strains.
  • the first transition section 106 and the second transition section 110 maintain a homogeneous plane stress state until constriction under load of the material sample 100 under the action of a loading force along with the main deformation section 108.
  • the secondary deformation portion is easily plastically deformed under a load of the material sample 100 under the action of a loading force, while the main deformation portion 108 still undergoes a major deformation to breakage. Due to the slightly plastic deformation of the sample area around the
  • Recess 122 and the retraction 126 is converted to vibrational energy and vibrations are damped.
  • Fig. 2 shows a comparison of force measurements on material samples.
  • a time is plotted on an x-axis and a force on a y-axis.
  • a measurement with a load cell results for a material sample according to the prior art in a tensile test under
  • a force curve 202 Exposure of the tensile force a force curve 202 with significant signal fluctuations.
  • a measurement with strain gauges results for the material sample according to the prior art in a tensile test under the action of tensile force a force curve 204 with somewhat reduced, but still clear Signal fluctuations.
  • a measurement with strain gauges results for the material sample according to the invention, such as material sample 100 of FIG. 1, in a tensile test under the action of the tensile force a force curve 206 with almost no signal fluctuations.
  • Fig. 3 shows a stress-strain curve with the associated change in the strain rate.
  • a stress-strain curve 302 results for the material sample according to the invention, such as material sample 100 according to FIG. 1, and with a strain rate variation from 100 s to 8000 1 / s at a strain rate curve 304.

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Abstract

The invention relates to: a material sample (100) for determining a material behaviour and/or material characteristic values in a load test, characterised in that the material sample (100) has a plastically deformable main deformation section (108), an elastically deformable deformation section (112) and a plastically deformable auxiliary deformation section (114), wherein the main deformation section (108), the elastically deformable deformation section (112) and the auxiliary deformation section (114) are coordinated with one another taking into consideration a sample material, a material dimension, a measuring method and/or a load speed, in order to permit a vibration-reduced determining of deformation forces even with high strain rates; a method for establishing a sample geometry of a material sample (100) of this type; a method for determining a material behaviour and/or material characteristic values in a load test using a material sample (100) of this type; a stress-strain curve of a material, wherein the stress-strain curve is determined using a material sample of this type; and a product, wherein the product is designed using material characteristic values, which were determined using a material sample of this type.

Description

Werkstoffprobe, Verfahren zum Festlegen einer Probengeometrie, Verfahren zum Ermitteln eines Werkstoffverhaltens und/oder von Werkstoffkennwerten, Spannungs-Dehnungs-Kurve eines Werkstoffs und  Material sample, method for determining a sample geometry, method for determining a material behavior and / or material properties, stress-strain curve of a material and
Produkt  product
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft eine Werkstoffprobe zum Ermitteln eines The invention relates to a material sample for determining a
Werkstoffverhaltens und/oder von Werkstoffkennwerten in einem Material behavior and / or material characteristics in one
Belastungsversuch. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Festlegen einer Probengeometrie einer Werkstoffprobe. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ermitteln eines Werkstoff Verhaltens und/oder von Load test. Moreover, the invention relates to a method for determining a sample geometry of a material sample. Moreover, the invention relates to a method for determining a material behavior and / or of
Werkstoff kenn werten in einem Belastungsversuch mithilfe einer Werkstoffprobe. Außerdem betrifft die Erfindung eine Spannungs-Dehnungs-Kurve eines Evaluate material in a load test using a material sample. Moreover, the invention relates to a stress-strain curve of a
Werkstoffs. Außerdem betrifft die Erfindung ein Produkt. Bei der Produktentwicklung wie z.B. im Fahrzeug- oder Flugzeugbau, werdenMaterial. Moreover, the invention relates to a product. In product development such as e.g. in vehicle or aircraft construction
Werkstoffe regelmäßig bis an die Grenze der Belastbarkeit verwendet werden. Die Bewertung der Belastbarkeit von Bauteilen unter Crashbelastungen erfordert eine zuverlässige, reproduzierbare Messung von Materialkennwerten und hinreichend exakte Materialmodelle die hohe Verformungsgeschwindigkeit bzw. Dehnrate bis zu über 1000 1 /s mit berücksichtigen. Materials are regularly used to the limit of load capacity. The assessment of the load-bearing capacity of components under crash loads requires a reliable, reproducible measurement of material characteristics and sufficiently accurate material models that take account of the high strain rate or strain rate up to more than 1000 1 / s.
Üblicherweise werden die Materialdaten, insbesondere Spannungs-Dehnungs- Kurven, im quasistatischen Bereich von ca. lO"4!/^ bis ca. 10_11 / durch quasi- statische Zug-Druck-Prüfmaschinen mit langsamerer Querhauptgeschwindigkeit gemessen. Bei höherer Geschwindigkeit werden servo-hydraulische Usually, the material data, particularly stress-strain curves are, in quasi-static range from about lO "4! / ^ To about 10 _1 1 / by quasi- static tension-compression testing machines with slower crosshead speed measured. At higher speed servo-hydraulic
Prüfmaschinen eingesetzt, deren Querhaupt eine Geschwindigkeit bis zu 20 m/s erreichen kann. Damit lassen sich, bei richtig ausgelegter Probengeometrie Dehnraten von bis zu über 1000 1/s realisieren. Testing machines used, the crosshead can reach a speed of up to 20 m / s. With this, strain rates of up to more than 1000 1 / s can be achieved with correctly designed sample geometry.
Die servo-hydraulischen Maschinen sind einfach in der Handhabung von The servo-hydraulic machines are easy to handle
Versuchstechnik und Auswertung. Die hohe Geschwindigkeit der Experimental Technique and Evaluation. The high speed of
Maschinentraverse wird an die Proben übertragen. Dabei werden schockartige Beanspruchungen erzeugt: Schock- bzw. Spannungswellen breiten sich durch die Probe und Peripherie aus und werden an Impedanz- und Übergängen reflektiert. Es entstehen dabei Schwingungen des gesamten Maschine-Probehalter-Proben- Systems, die auch als Systemschwingungen bezeichnet werden. Der Nachteil bei gängigen Probengeometrie ist, dass die gemessenen Kraftsignale, die über die Kraftmesszelle der Maschinen oder sonstige Messeinrichtungen, wie Machine crosshead is transferred to the samples. This creates shock-like stresses: shock or voltage waves propagate through the sample and periphery and are reflected at impedance and transitions. This results in vibrations of the entire machine sample holder sample system, which are also referred to as system vibrations. The disadvantage of conventional sample geometry is that the measured force signals transmitted via the load cells of the machines or other measuring devices, such as
Dehnungsmessstreifen (DMS), aufgenommen werden, dadurch derartig stark oszillieren, sodass eine Separierung der Systemschwingung und der realen Kräfte an den Proben ab bestimmten Geschwindigkeiten von ca. 2.5 m/s Strain gauges (DMS), thereby strongly oscillating, so that a separation of the system vibration and the real forces on the samples from certain speeds of about 2.5 m / s
Maschinengeschwindigkeit, was in etwa 100 1/s Dehnrate bei einer ISO-Probe DIN EN ISO 26203-2;2012-01 entspricht, nicht mehr möglich ist. Lösungsansätze wurden entwickelt, bei denen die Kraft nicht am Probenhalter durch die Kraftmesszelle der Maschine, sondern direkt über DMS am Machine speed, which corresponds to approximately 100 1 / s strain rate at an ISO sample DIN EN ISO 26203-2, 2012-01, is no longer possible. Solutions were developed in which the force is not applied to the sample holder through the load cell of the machine, but directly via strain gauges on the machine
undeformierten Bereich der Proben gemessen wird. Dadurch erhält man verbesserte Kraftsignale im mittleren Dehnratenbereich bis ca. 200 1/s mit halbwegs brauchbarer Qualität. Ab einer Dehnrate von 200 1/s jedoch mindern auftretende Schwingungen wieder die Informationsqualität. undeformed region of the samples is measured. This results in improved force signals in the average strain rate range up to about 200 1 / s with reasonably usable quality. From a strain rate of 200 1 / s, however, occurring vibrations again reduce the quality of information.
Dabei werden normalerweise Rund- oder Flachzugproben verwendet, deren Geometrie (Länge, Breite und Form) genormt sind. Sie bestehen im Wesentlichen aus einem schmaleren bzw. dünneren Bereich, wo plastische Deformationen stattfinden sollen, und einem Probenschulterbereich, wo keine plastischen Deformationen stattfinden dürfen und worüber die Probe am Probenhalter eingespannt werden können. Usually round or flat tensile specimens are used whose geometry (length, width and shape) are standardized. They consist essentially of a narrower or thinner area where plastic deformations are to take place, and a sample shoulder area where no plastic Deformations may take place and what the sample on the sample holder can be clamped.
Zur Ermittlung von Materialdaten bei sehr hoher Belastungsgeschwindigkeit mit Dehnrate > 500 1/s bis 1000 1/s werden vorwiegend die Splitt Hopkinson Bar (SHPB) eingesetzt. Dabei werden sehr kleinen Proben verwendet. Die Vorteile der SHPB liegen in den erreichbaren hohen Dehnraten von weit über 1000 1/s ohne das Systemschwingungen die Messung stören. Die gemessenen Kraftwerte sind demnach frei von Oszillationen und sehr gut für die Berechnung der Spannungs- Dehnungs-Kurven verwendbar. Nachteilig ist jedoch, dass aufgrund der For the determination of material data at a very high loading speed with strain rate> 500 1 / s to 1000 1 / s mainly the split Hopkinson Bar (SHPB) are used. Very small samples are used. The advantages of the SHPB are the achievable high strain rates of well over 1000 1 / s without the system oscillations disturbing the measurement. The measured force values are therefore free of oscillations and very well usable for the calculation of the stress-strain curves. The disadvantage, however, is that due to the
Messtechnik nur kleinere Dehnungen von ca. 0,2 bis ca. 0,3 gemessen werden können. Ein noch gravierenderer Nachteil sind die sehr starke unterschiedlichen Messergebnisse vom ein und demselben Material. Untersuchungen der Einflüsse der Probengeometrie auf die damit verbundenen Spannungs- und Measuring technique only smaller strains of about 0.2 to about 0.3 can be measured. An even more serious disadvantage is the very strong different measurement results from one and the same material. Investigations of the influences of the sample geometry on the associated stress and strain
Dehnungsverteilungen im Deformationsbereich mithilfe von FEM-Analysen haben gezeigt, dass bei dem SHPB-Versuch viele der für die Auswertung der Strain distributions in the deformation range using FEM analyzes have shown that many of the SHPB tests are used for the evaluation of the
Versuchsergebnisse fundamentalen Annahmen in der Realität nicht gültig sind: Die Spannung und Dehnung sind in den sehr kleinen Proben keineswegs wie angenommen homogen und die Erreichung eines quasistatischen Gleichgewichts nicht immer gegeben. Die Grundvoraussetzung für eine valide Auswertung mit dieser Technik wird dadurch verletzt. Das führt u.a. zu einer Überschätzung der Verformungen und Abweichungen der ermittelten Spannungen. Diese o.g.  Experimental results are fundamental assumptions in reality are not valid: The stress and strain in the very small samples are by no means homogeneous as assumed and the achievement of a quasi-static equilibrium is not always given. The basic requirement for a valid evaluation with this technique is thereby violated. This leads u.a. to overestimate the deformations and deviations of the determined stresses. This o.g.
Phänomene treten in einer Zugprobe während des Zugversuchs auf einer servo- hydraulischen Zugprüfmaschine nicht auf. Phenomena do not occur in a tensile test during the tensile test on a servo-hydraulic tensile testing machine.
Aus diesem Grund ändert sich das gemessene "scheinbare" Materialverhalten deutlich beim Wechsel der Versuchstechnik von der servo-hydraulischen For this reason, the measured "apparent" material behavior changes significantly when changing the experimental technique of the servo-hydraulic
Prüfmaschine zur SHPB. Die Ergebnisse sind inkonsistent. Diese gravierenden Unterschiede sind physikalisch nicht begründet. Die Ermittlung von Materialdaten über die drei Versuchstechniken, quasi-statische Prüfmaschine für die niedrigere, servo-hydraulische Prüfmaschine für die mittlere und SHPB für die hohe Dehnrate, funktioniert daher nicht. Es ist bisher nicht gelungen, mit einer einheitlichen Probengeometrie oszillationsfreie, konsistente Materialdaten unter den gleichen Bedingungen von quasi-statischen 10^1/s bis zu hoch-dynamischen 10*1/ s Dehnraten bzw. darüber hinaus, zu messen. Unter Versuchstechniken und Bedingungen werden u.a. die Messung der Kraft, der Deformationen, die Probengeometrie und -große sowie der Einbau der Proben verstanden. Das Hauptproblem liegt in den starken Testing machine for SHPB. The results are inconsistent. These serious differences are not physically substantiated. The determination of material data on the three experimental techniques, quasi-static testing machine for the lower, servo-hydraulic testing machine for the middle and SHPB for the high strain rate, therefore does not work. It has not yet been possible, with a uniform sample geometry, to measure oscillation-free, consistent material data under the same conditions from quasi-static 10 ^ 1 / s to high-dynamic 10 * 1 / s strain rates or beyond. Experimental techniques and conditions include the measurement of the force, the deformations, the sample geometry and size, as well as the installation of the samples. The main problem lies in the strong
Schwingungen der Kraftsignale, die auf s.g. Systemschwingungen in der Probe und der Zugdruckprüfmaschine zurückzuführen ist. Vibrations of the force signals, which are indicated on s.g. System vibrations in the sample and the Zugdruckprüfmaschine is due.
Die FAT-Richtlinie ist zur zuverlässigen Bestimmung von crashrelevanten, dehnratenabhängigen Werkstoffkennwerten für Crashsimulationen im The FAT guideline is for the reliable determination of crash relevant, strain rate dependent material characteristics for crash simulations in the
Automobilbereich entwickelt und durch Crashtests mit Demonstratorbauteilen und Crashsimulationen validiert worden. Die Festlegungen in dieser Richtlinie ermöglichen es, in unterschiedlichen Laboratorien mit  Automotive has been developed and validated by crash tests with demonstrator components and crash simulations. The provisions of this directive allow it to be used in different laboratories
Hochgeschwindigkeitszugversuchen einsatzbezogene, Werkstoff modellorientierte Crashkennwerte als Eingangsdaten für Crashsimulationen und für den Aufbau von Materialdatenbanken in einheitlicher, standardisierter Weise zu ermitteln und eine abgesicherte Datenbasis für Automobilwerkstoffe zu erstellen. Die entwickelte Richtlinie trägt damit zur Erhöhung der Vorhersagegenauigkeit künftiger  High-speed train trials to identify mission-related, material model-oriented crash characteristics as input data for crash simulations and for the construction of material databases in a consistent, standardized manner and to create a secure database for automotive materials. The developed guideline thus contributes to increasing the predictive accuracy of future ones
Crashsimulationen und so auch zur Verkehrssicherheit bei. Es wird auf die Crash simulations and so too road safety. It will be on the
Veröffentlichung Böhme, W.: FAT-Richtlinie„Dynamische Werkstoffkennwerte für die Crashsimulation", in: MaterialsTesting, Vol. 50 (4), S. 199-205, 2008, verwiesen. Publication Böhme, W .: FAT guideline "Dynamic Material Characteristics for Crash Simulation", in: MaterialsTesting, Vol. 50 (4), pp. 199-205, 2008.
Aus dem Dokument DE 10 2010 023 727 A1 ist ein Verfahren bekannt zur optischen Kraftmessung, wobei ein elastisch verformbarer und/oder ein sich elastisch verformender Bereich eines Festkörpers durch Einwirkung einer Kraft einer Änderung seiner Geometrie unterworfen wird, wobei die durch die From the document DE 10 2010 023 727 A1 a method is known for optical force measurement, wherein an elastically deformable and / or an elastically deforming region of a solid is subjected to a change in its geometry by the action of a force
Einwirkung der Kraft bewirkte Änderung der Geometrie des Bereichs optisch erfasst wird und wobei die die Änderung der Geometrie bewirkende Kraft anhand eines vorbestimmten, bevorzugt eineindeutigen Kraft-Geometrieänderungs- Zusammenhangs aus der optisch erfassten Änderung der Geometrie berechnet wird. The force of the change in the geometry of the region is detected optically, and wherein the force causing the change of the geometry is determined on the basis of a predetermined, preferably one-to-one force-change of geometry. Context is calculated from the optically detected change in geometry.
Aus dem Dokument DE 102 01 861 A1 ist ein Verfahren bekannt zur Kraftmessung bei dynamischen Zugversuchen an Werkstoffproben, bei dem mit einer From the document DE 102 01 861 A1 a method is known for force measurement in dynamic tensile tests on material samples, in which with a
Kraftmesszelle, in der wenigstens ein Kraftmesssensor integriert ist, eine auf die Werkstoffprobe einwirkende Kraft gemessen wird, wobei vor, während und nach der Messung die Kraftmesszelle unmittelbar mit der Werkstoffprobe verbunden wird. Force measuring cell, in which at least one force measuring sensor is integrated, a force acting on the material sample force is measured, wherein before, during and after the measurement, the load cell is directly connected to the material sample.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Werkstoffprobe baulich und/oder funktional zu verbessern. Außerdem liegt der Erfindung dieThe invention has for its object to improve a material sample mentioned above structurally and / or functionally. In addition, the invention is the
Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren zu verbessern. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Spannungs- Dehnungs-Kurve zu verbessern. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Produkt baulich und/oder funktional zu verbessern. The object of the invention is to improve an initially mentioned method. In addition, the invention has for its object to improve an initially mentioned stress-strain curve. In addition, the invention has the object to improve a product mentioned at the outset structurally and / or functionally.
Aus den im Stand der Technik aufgeführten Problemen, ergibt sich die From the problems listed in the prior art, the results
Fragestellung für die hier vorgelegte Erfindung. Es soll ein Verfahren entwickelt werden, welches durch die Kombination aller notwendigen Maßnahmen für Maschinen, Probenhalter, Probengeometrie und Messmethode, für den gesamten Dehnratenbereiche von quasi-statischen lO ^l/s bis zu dynamischen 104l/,y bzw. darüber hinaus eingesetzt werden kann. Dabei soll die Probengeometrie im gesamten Dehnratenbereich eingesetzt werden, um Abweichungen des Problem for the invention presented here. The aim is to develop a method which, by combining all the necessary measures for machines, sample holders, sample geometry and measuring method, for the entire strain rate ranges from quasi-static 10 l / s to dynamic 10 4 l / y and beyond can be. The sample geometry should be used in the entire strain rate range to avoid deviations of the
Materialverhaltens bedingt durch Änderungen der Prüfgeometire auszuschließen. Die Messung der Kraft und Deformationen an der Probe müssen ebenfalls vergleichbar sein. Material behavior due to changes in Prüfgeometire excluded. The measurement of the force and deformations on the sample must also be comparable.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einer Werkstoffprobe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Die Werkstoffprobe kann zur Verwendung in einer Prüfvorrichtung dienen. Die Prüfvorrichtung kann eine elektromechanische Universalprüfmaschine oder eine servohydraulische Prüfmaschine sein. The object is achieved with a material sample having the features of claim 1. The material sample may be for use in a testing device. The test device may be an electro-mechanical universal testing machine or a servohydraulic testing machine.
Die Werkstoffprobe kann aus einem Metall, einer metallischen Legierung, einem Stahl, einer Stahllegierung, einem Leichtmetall, einer Leichtmetalllegierung, einem Nichtmetall, einem organischen Werkstoff, einem Kunststoff, einem The material sample may be made of a metal, a metallic alloy, a steel, a steel alloy, a light metal, a light metal alloy, a non-metal, an organic material, a plastic, a
anorganischen Werkstoff und/oder einem Verbundwerkstoff hergestellt sein. Der Hauptdeformationsabschnitt, der elastisch deformierbare Deformationsabschnitt und der Nebendeformationsabschnitt können aus demselben Material hergestellt sein. Eine derartige Werkstoffprobe kann als homogen bezeichnet werden. Der Hauptdeformationsabschnitt, der elastisch deformierbare Deformationsabschnitt und der Nebendeformationsabschnitt können aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein. Eine derartige Werkstoff probe kann als inhomogen bezeichnet werden. Die Werkstoffprobe kann eine Längsachse aufweisen. Der inorganic material and / or a composite material. The main deformation portion, the elastically deformable deformation portion and the sub deformation portion may be made of the same material. Such a material sample can be described as homogeneous. The main deformation portion, the elastically deformable deformation portion and the sub deformation portion may be made of different materials. Such a material sample can be referred to as inhomogeneous. The material sample may have a longitudinal axis. Of the
Hauptdeformationsabschnitt, der elastisch deformierbare Deformationsabschnitt und der Nebendeformationsabschnitt können entlang der Längsachse angeordnet sein. Der elastisch deformierbare Deformationsabschnitt kann zwischen dem Hauptdeformationsabschnitt und dem Nebendeformationsabschnitt angeordnet sein. Die Werkstoff probe kann neben dem Hauptdeformationsabschnitt, dem elastisch deformierbare Deformationsabschnitt und dem  Main deformation portion, the elastically deformable deformation portion and the secondary deformation portion may be arranged along the longitudinal axis. The elastically deformable deformation portion may be disposed between the main deformation portion and the sub deformation portion. The material sample can in addition to the main deformation section, the elastically deformable deformation section and the
Nebendeformationsabschnitt einen ersten Endabschnitt und einen zweiten Endabschnitt aufweisen. Die Endabschnitte können Probenschultern sein. Die Endabschnitte können an der Werkstoff probe in Erstreckungsrichtung der Längsachse an einander gegenüberliegenden Enden der Werkstoffprobe angeordnet sein. Die Endabschnitte dienen zum Einspannen der Werkstoffprobe in eine Prüfvorrichtung. Die Werkstoffprobe kann zwischen dem ersten Endabschnitt und dem Hauptdeformationsabschnitt einen ersten Übergangsabschnitt aufweisen. Die Werkstoffprobe kann zwischen dem Hauptdeformationsabschnitt und dem elastisch deformierbaren Deformationsabschnitt einen zweiten Übergangsabschnitt aufweisen. Der elastisch deformierbare Sub-deformation portion have a first end portion and a second end portion. The end portions may be sample shoulders. The end portions may be arranged on the material sample in the extension direction of the longitudinal axis at opposite ends of the material sample. The end sections are used for clamping the material sample in a tester. The material sample may have a first transition portion between the first end portion and the main deformation portion. The material sample may have a second one between the main deformation portion and the elastically deformable deformation portion Have transition section. The elastically deformable
Deformationsabschnitt und der Nebendeformationsabschnitt können unmittelbar aneinander anschließen. Der Nebendeformationsabschnitt kann lokal deformierbar sein. Die Werkstoff probe kann quer zur Längsachse abschnittsweise eine unterschiedliche Breite oder unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Die Deformation section and the secondary deformation section can connect directly to each other. The minor deformation portion may be locally deformable. The material sample can have a different width or different diameters transversely to the longitudinal axis in sections. The
Werkstoffprobe kann an dem Nebendeformationsabschnitt einen Einzug Material sample can at the secondary deformation section a feeder
aufweisen. exhibit.
Der erste Endabschnitt kann an dem ersten Übergangsabschnitt bzw. an dem Hauptdeformationsabschnitt angeordnet sein. Der zweite Endabschnitt kann an dem Nebendeformationsabschnitt angeordnet sein. Der zweite Endabschnitt kann dazu dienen, die Werkstoffprobe fest einzuspannen. Der erste Endabschnitt kann dazu dienen, eine Belastungskraft bzw. Belastungsbewegung einzuleiten. The first end portion may be disposed at the first transition portion and at the main deformation portion, respectively. The second end portion may be disposed on the minor deformation portion. The second end portion may serve to firmly clamp the material sample. The first end portion may serve to initiate a loading force or loading movement.
Bei einer Belastung der Werkstoffprobe wird der Hauptdeformationsabschnitt unter Einwirkung einer Belastungskraft hauptsächlich und plastisch deformiert. Bei einer Belastung der Werkstoffprobe erfolgt eine plastische Deformation Under a load of the material sample, the main deformation portion is mainly and plastically deformed under the action of a loading force. When a load of the material sample is a plastic deformation
überwiegend in dem Hauptdeformationsabschnitt. Bei einer Belastung der predominantly in the main deformation section. At a load of
Werkstoff probe wird der elastisch deformierbare Deformationsabschnitt unter Einwirkung einer Belastungskraft elastisch deformiert. Bei einer Belastung der Werkstoffprobe wird der Nebendeformationsabschnitt unter Einwirkung einer Belastungskraft leicht plastisch deformiert. Bei einer Belastung der Werkstoffprobe kann der Nebendeformationsabschnitt unter Einwirkung einer Belastungskraft leicht lokal deformiert werden. Eine plastische Deformierbarkeit des Material sample, the elastically deformable deformation section is elastically deformed under the action of a loading force. When a load of the material sample of the secondary deformation section is slightly plastically deformed under the action of a loading force. When a load of the material sample, the secondary deformation portion can be easily deformed locally under the action of a loading force. A plastic deformability of the
Hauptdeformationsabschnitts, eine elastische Deformierbarkeit des elastisch deformierbaren Deformationsabschnitts und eine plastische Deformierbarkeit des Nebendeformationsabschnitts kann eine Deformierbarkeit der The main deformation portion, the elastic deformability of the elastically deformable deformation portion, and the plastic deformability of the minor deformation portion can be deformed
Deformationsabschnitt qualitativ und/oder quantitativ relativ zueinander  Deformationsabschnitt qualitatively and / or quantitatively relative to each other
beschreiben. Bei einer Belastung der Werkstoffprobe tritt ein Versagen unter Einwirkung einer Belastungskraft im Hauptdeformationsabschnitt auf. describe. Upon loading of the material sample, failure occurs under the action of a loading force in the main deformation section.
Das Probenmaterial, die Materialdimension, das Messverfahren und/oder die Belastungsgeschwindigkeit können eine Abstimmung des Hauptdeformationsabschnitts, des elastisch deformierbaren The sample material, the material dimension, the measuring method and / or the loading speed may be a vote of the Main deformation section, of elastically deformable
Deformationsabschnitts und des Nebendeformationsabschnitts beeinflussen. Das Probenmaterial, die Materialdimension, das Messverfahren und/oder die Deformation section and the secondary deformation section influence. The sample material, the material dimension, the measuring method and / or the
Belastungsgeschwindigkeit können Parameter zur geometrischen und Loading speed can be parameter for geometric and
mechanischen Ausgestaltung der Werkstoffprobe sein. Der be mechanical design of the material sample. Of the
Hauptdeformationsabschnitt, der elastisch deformierbare Deformationsabschnitt und der Nebendeformationsabschnitt können derart aufeinander abgestimmt sein, dass beim Durchführen des Belastungsversuchs an dem elastisch deformierbaren Deformationsabschnitt Schwingungen reduziert oder vermieden werden. Die Werkstoffprobe kann an dem Hauptdeformationsabschnitt einen kleinsten The main deformation portion, the elastically deformable deformation portion, and the minor deformation portion may be matched with each other so that vibrations are reduced or avoided when the load test is performed on the elastically deformable deformation portion. The material sample may have a smallest at the main deformation section
Querschnitt aufweisen. Die Werkstoffprobe kann an dem elastisch deformierbaren Deformationsabschnitt einen größeren Querschnitt als an dem Have cross-section. The material sample may have a larger cross-section at the elastically deformable deformation portion than at the
Hauptdeformationsabschnitt aufweisen. Dies kann insbesondere für eine homogene Werkstoffprobe gelten. Bei einer inhomogenen Werkstoff probe können gegebenenfalls auch davon abweichende Querschnittsverhältnisse vorhanden sein. Have main deformation section. This can apply in particular to a homogeneous material sample. In an inhomogeneous material sample may also be deviating cross-sectional ratios may be present.
Die Werkstoffprobe kann an dem Nebendeformationsabschnitt eine The material sample can at the secondary deformation section a
Querschnittsschwächung aufweisen. Die Querschnittsschwächung kann als Ausnehmung und/oder als Einzug ausgeführt sein. Die Querschnittsschwächung kann mithilfe einer abschnittsweise reduzierten Materialstärke ausgeführt sein. Have cross-sectional weakening. The cross-sectional weakening can be designed as a recess and / or as a feeder. The cross-sectional weakening can be carried out by means of a sectionally reduced material thickness.
Die Werkstoffprobe muss an dem Hauptdeformationsabschnitt die geometrische und mechanische Bedingung The material sample must have the geometric and mechanical condition at the main deformation section
R ■ A R ■ A
I mB3 ^B3 I mB3 ^ B3
erfüllen, mit meet with
RmBl : Zugfestigkeit des Probenmaterials in dem Hauptdeformationsabschnitt; Am : Querschnittsfläche der Werkstoffprobe in dem R mBl : tensile strength of the sample material in the main deformation section; A m : cross-sectional area of the material sample in the
Hauptdeformationsabschnitt; RmB3 ' Zugfestigkeit des Probenmaterials in dem Nebendeformationsabschnitt; Am : Querschnittsfläche der Werkstoffprobe in dem Main deformation portion; R mB3 'tensile strength of the sample material in the minor deformation section; A m : cross-sectional area of the material sample in the
Nebendeformationsabschnitt. In addition to deformation section.
Damit kann sichergestellt werden, dass der Hauptdeformationsabschnitt hauptsächlich verformt wird. In dem Hauptdeformationsabschnitt werden Thus, it can be ensured that the main deformation portion is mainly deformed. In the main deformation section will be
Probenverformungen gemessen, um Dehnungen zu berechnen. Bei einem homogenen quasiisotropen Material, wie Stahl oder Aluminium, kann Sample deformations measured to calculate strains. In a homogeneous quasi-isotropic material, such as steel or aluminum, can
angenommen werden, dass Rm in allen Deformationsabschnitten gleich ist. Im Fall eines inhomogenen Materials muss zwischen der Zugfestigkeit des Materials im Hauptdeformationsabschnitt und der Zugfestigkeit des Materials im assume that R m is the same in all deformation sections. In the case of an inhomogeneous material, it is necessary to distinguish between the tensile strength of the material in the main deformation section and the tensile strength of the material in
Nebendeformationsabschnitt unterschieden werden. Gleiches gilt für die  Secondary deformation section. The same applies to the
Streckgrenze RPo,2- Yield strength R P o, 2-
Die Länge des Hauptdeformationsabschnitts kann beispielsweise 20 mm betragen, um eine Dehnrate von 1000 1/s bei einer Maschinengeschwindigkeit von 20 m/s zu erreichen. Diese kann jedoch je nach Anwendungsfall variiert werden. Der erste Übergangsabschnitt und der zweite Übergangsabschnitt müssen bei einer The length of the main deformation section may be, for example, 20 mm to achieve a strain rate of 1000 1 / s at a machine speed of 20 m / s. However, this can be varied depending on the application. The first transition section and the second transition section must be at a
Belastung der Werkstoffprobe unter Einwirkung einer Belastungskraft zusammen mit dem Hauptdeformationsabschnitt einen homogenen ebenen Load the material sample under the action of a loading force together with the main deformation section a homogeneous plane
Spannungszustand bis zur Einschnürung aufrechterhalten. Die Werkstoffprobe weist an dem elastisch deformierbaren Deformationsabschnitt wenigstens einen Messabschnitt auf. Dieser wenigstens eine Messabschnitt kann von dem Hauptdeformationsabschnitt, von dem Nebendeformationsabschnitt und von einem Probenrand einen definierten Abstand aufweisen. Maintained state of tension until constriction. The material sample has at least one measuring section on the elastically deformable deformation section. This at least one measuring section may have a defined distance from the main deformation section, from the secondary deformation section and from a sample edge.
Der wenigstens eine Messabschnitt soll zu dem zweiten Übergangsabschnitt und zu dem Nebendeformationsabschnitt einen definierten Abstand abhängig von einem zu prüfenden Material und einer zu prüfenden Materialdimension The at least one measuring section is to the second transition section and the secondary deformation section a defined distance depending on a material to be tested and a material dimension to be tested
aufweisen, damit in dem wenigstens einen Messabschnitt eine homogene have, so that in the at least one measuring section a homogeneous
Spannungsverteilung sichergestellt ist. Um diese zu erfüllen, soll der wenigstens eine Messabschnitt ebenfalls einen definierten Abstand abhängig von einem zu prüfenden Material und einer zu prüfenden Materialdimension zu freien Voltage distribution is ensured. To meet this, the at least one measuring section should also have a defined distance depending on one testing material and a material dimension to be tested to free
Probekanten aufweisen. Die genauen geometrischen Maße, unter anderem die erwähnten definierten Abstände, können abhängig von dem zu testenden Material sowie den Materialdimensionen sein. Have test edges. The exact geometric dimensions, including the mentioned defined distances, may be dependent on the material to be tested as well as the material dimensions.
Für die Gestaltung der Probenkontur sollen der Hauptdeformationsabschnitt, der zweite Übergangsabschnitt, der elastisch deformierbare Deformationsabschnitt und der Nebendeformationsabschnitt für einen Werkstoff derart gestaltet werden, dass sich in dem elastisch deformierbaren Deformationsabschnitt, über die Zeit der Versuchsdauer, ein ausreichend großes homogenes Spannungsfeld ausbreitet. Das Spannungsfeld soll, bezogen auf den Bereichsquerschnitt, eine wahre momentane Versuchskraft über die gesamte Versuchsdauer repräsentieren können. Des Weiteren soll das Spannungsfeld den Abmessungen eines For the design of the sample contour, the main deformation section, the second transition section, the elastically deformable deformation section and the secondary deformation section for a material should be designed in such a way that a sufficiently large homogeneous stress field propagates in the elastically deformable deformation section over the time of the test duration. The stress field should, based on the area cross-section, be able to represent a true instantaneous test force over the entire duration of the test. Furthermore, the field of tension should be the dimensions of a
angewendeten Messmittels genügen. are sufficient.
Die Werkstoffprobe muss an dem elastisch deformierbaren Deformationsabschnitt die geometrische und mechanische Bedingung The material sample must have the geometric and mechanical condition on the elastically deformable deformation section
< 1 bzw. anders formuliert Am >— · Am <1 or in other words A m > - · A m
ΛρΟ,2Β2 ' ΛΒ2 ΛρΟ,2Β2 erfüllen, mit Λ ρΟ, 2Β2 ' Λ Β2 Λ ρΟ, 2Β2 satisfy, with
Rmm : Zugfestigkeit des Probenmaterials in dem Hauptdeformationsabschnitt; Am : Querschnittsfläche der Werkstoff probe in dem R mm : tensile strength of the sample material in the main deformation section; A m : cross-sectional area of the material sample in the
Hauptdeformationsabschnitt;  Main deformation portion;
RPQ,2B2 '■ Streck- bzw. Fließgrenze des Probenmaterials in dem elastisch R P Q, 2B2 ' ■ yield point of the sample material in the elastic
deformierbaren Deformationsabschnitt;  deformable deformation section;
AB2 : Querschnittsfläche der Werkstoffprobe in dem elastisch deformierbaren A B2 : cross-sectional area of the material sample in the elastically deformable
Deformationsabschnitt.  Deformation section.
Somit wird sichergestellt, dass dort nur rein elastische Deformationen stattfinden. This ensures that only purely elastic deformations take place there.
Die Werkstoffprobe kann an dem Nebendeformationsabschnitt die geometrischen und mechanischen Bedingungen
Figure imgf000013_0001
At the secondary deformation section, the material sample can determine the geometric and mechanical conditions
Figure imgf000013_0001
bzw. anders formuliert RPo,2B3 < ΛΙ < RmB3_ = 1 bei homogenen Materialien or otherwise formulated R P o, 2B3 < Λ Ι < RmB3_ = 1 for homogeneous materials
n Λ erfüllen, mit  n Λ meet, with
J?miJ1 : Zugfestigkeit des Probenmaterials in dem Hauptdeformationsabschnitt; Am : Querschnittsfläche der Werkstoffprobe in dem J? miJ1 : tensile strength of the sample material in the main deformation section; A m : cross-sectional area of the material sample in the
Hauptdeformationsabschnitt;  Main deformation portion;
Rpo,2B3 : Streck- bzw. Fließgrenze des Probenmaterials in dem R p o, 2B3 : yield point of the sample material in the
Nebendeformationsabschnitt; In addition to deformation section;
B3 : Querschnittsfläche der Werkstoffprobe in dem B3 : cross-sectional area of the material sample in the
Nebendeformationsabschnitt;  In addition to deformation section;
RmBi . Zugfestigkeit des Probenmaterials in dem Nebendeformationsabschnitt. R mBi . Tensile strength of the sample material in the minor deformation section.
Dadurch soll sichergestellt werden, dass der Nebendeformationsabschnitt leicht plastisch deformiert wird, während der Hauptdeformationsabschnitt immer noch eine Hauptdeformation bis zu einem Bruch erfährt. Dadurch soll sichergestellt werden, dass der Probenbereich um den Bereich der Ausnehmung und/oder des Einzugs im Nebendeformationsabschnitt leicht plastisch deformiert wird und damit die Schwingungsenergie absorbiert und umgewandelt wird, während der This is to ensure that the minor deformation portion is easily plastically deformed while the main deformation portion still undergoes a major deformation to breakage. This is to ensure that the sample area is slightly plastically deformed around the area of the recess and / or the feeder in the secondary deformation section, and thus the vibration energy is absorbed and converted during the
Hauptdeformationsabschnitt die Hauptdeformation erfährt. Die Auslegung des Hauptdeformationsabschnitts, des zweiten Main deformation section undergoes major deformation. The design of the main deformation section, the second
Übergangsabschnitts, des elastisch deformierbaren Deformationsabschnitts und des Nebendeformationsabschnitts ist wesentlich für eine schwingungsarme und exakte Messung von Kraftsignalen.  Transition portion, the elastically deformable deformation portion and the secondary deformation portion is essential for a low-vibration and accurate measurement of force signals.
Die Ausnehmung und/oder der Einzug an dem Nebendeformationsabschnitt können/kann zumindest abschnittsweise oval, rechteckig oder rund ausgeführt sein. Eine Begrenzung der Ausnehmung und/oder der Einzug an dem Nebendeformationsabschnitt können/kann zumindest abschnittsweise oval, rechteckig oder rund ausgeführt sein. The recess and / or the indentation on the secondary deformation section can / at least partially be oval, rectangular or round. A limitation of the recess and / or the indentation on the Sub-deformation section may / may be at least partially oval, rectangular or round.
Die Werkstoffprobe kann einen runden, ovalen, polygonen und/oder viereckigen Querschnitt aufweisen. Die Werkstoffprobe kann aus einem Flacherzeugnis hergestellt sein. Die Werkstoffprobe kann wenigstens eine Kerbe aufweisen. The material sample may have a round, oval, polygonal and / or square cross section. The material sample may be made of a flat product. The material sample may have at least one notch.
Außerdem wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9. In addition, the object underlying the invention is achieved with a method having the features of claim 9.
Mithilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM) können die erforderlichen Abstände des wenigstens einen Messabschnitts von dem Hauptdeformationsabschnitt, von dem elastisch deformierbaren Deformationsabschnitt und von einem Probenrand definiert werden. Mithilfe der FEM kann die Probenkontur, insbesondere die Probenkontur des Hauptdeformationsabschnitts, des zweiten By means of the finite element method (FEM), the required distances of the at least one measuring section from the main deformation section, from the elastically deformable deformation section and from a sample edge can be defined. Using the FEM, the sample contour, in particular the sample contour of the main deformation section, of the second
Übergangsabschnitts, des elastisch deformierbaren Deformationsabschnitts und des Nabendeformationsabschnitts bestimmt werden. Die erforderlichen Abstände können alternativ oder zusätzlich experimentell bestimmt werden. Transition portion, the elastically deformable deformation portion and the Niedergeformationsabschnitts be determined. The required distances can alternatively or additionally be determined experimentally.
Außerdem wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10. In addition, the object underlying the invention is achieved with a method having the features of claim 10.
Die Kraftmesswerte können mithilfe von Dehnungsmessstreifen (DMS) erfasst werden. Die DMS können vorkalibriert sein. Eine Messung wird an dem elastisch deformierbaren Deformationsabschnitt durchgeführt. Die Probe kann dabei vorzugsweise beidseitig mit jeweils einem DMS versehen werden, die zusammen als Halbbrücke verschaltet werden. Dadurch können Einflüsse höherwertiger Moden, wie Moden zweiter, dritte, vierter etc. Ordnung, die sich vor allem durch Strukturbiegung äußern, kompensiert werden. Die Kraftmessung kann an zwei Seiten der Werkstoffprobe erfolgen. Die Kraftmesswerte können beispielsweise auch mithilfe eines optischen Verfahrens erfasst werden. Die Werkstoff probe kann monoaxial, biaxial oder multiaxial auf Zug oder Druck belastet werden. Die Werkstoff probe kann mit einer Dehnrate in einem weiten Dehnratenbereich von vorzugsweise 104 bis 1041/s eingesetzt werden. The force readings can be recorded using strain gauges (strain gauges). The strain gauges can be pre-calibrated. A measurement is performed on the elastically deformable deformation portion. The sample can preferably be provided on both sides with a respective DMS, which are interconnected as a half bridge. As a result, influences of higher-order modes, such as modes second, third, fourth, etc., which are expressed primarily by structural bending, can be compensated. The force measurement can be done on two sides of the material sample. The force measurement values can also be detected, for example, by means of an optical method. The material sample can be loaded monoaxially, biaxially or multiaxially with tension or pressure. The material sample can be used with a strain rate in a wide Dehnratenbereich of preferably 10 4 to 10 4 1 / s.
Außerdem wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst mit einer Spannungs-Dehnungs-Kurve mit den Merkmalen des Anspruchs 13. In addition, the object underlying the invention is achieved with a stress-strain curve having the features of claim 13.
Außerdem wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst mit einem Produkt mit den Merkmalen des Anspruchs 14. Das Produkt kann ein Werkstück sein. Das Produkt kann ein Zwischenprodukt sein. Das Produkt kann ein In addition, the object underlying the invention is achieved with a product having the features of claim 14. The product may be a workpiece. The product can be an intermediate. The product can be
Fertigprodukt sein. Das Produkt kann Automotive-Produkt sein. Das Produkt kann ein Industrie-Produkt sein. Be finished product. The product can be automotive product. The product can be an industrial product.
Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergeben sich somit durch die Erfindung eine neue Methode zur schwingungsarmen Kraftmessungen bei dynamischen Materialversuchen mithilfe einer neuen Probengeometrie. In summary and in other words, the invention thus provides a new method for low-vibration force measurements in dynamic material tests using a new sample geometry.
Eine Probe kann neben zwei Probenschultern für eine Probeneinspannung fünf Deformationsabschnitte mit unterschiedlichen Breiten bzw. Durchmessern aufweisen, die alle kleiner sind als die der Probenschulter. Eine Krafteinleitung für einen Zug- oder Druckversuch kann in dem ersten Endabschnitt erfolgen, während in einem zweiten Endabschnitt die Probe fest eingespannt und unbeweglich sein muss. Der Hauptdeformationsabschnitt kann eine geringste Abmessung in Breiten und Dickenrichtung aufweisen. In diesem Bereich soll eine eigentliche plastische Verformung bis zu einem Bruch stattfinden. Für inhomogene Werkstoffe kann der elastisch deformierbare Deformationsabschnitt in Breiten- und/oder In addition to two sample shoulders for a sample clamping, a sample can have five deformation sections with different widths or diameters, which are all smaller than those of the sample shoulder. A force application for a tensile or compressive test can be carried out in the first end portion, while in a second end portion, the sample must be firmly clamped and immovable. The main deformation portion may have a smallest dimension in width and thickness direction. In this area, a real plastic deformation should take place until a break. For inhomogeneous materials, the elastically deformable deformation section in width and / or
Dickenrichtung größer dimensioniert sein als der Hauptdeformationsabschnitt. Thickness direction to be larger than the main deformation section.
In einem zu definierenden und zu ermittelnden Abstand ausgehend von einem Ende eines auslaufenden Radius eines zweiten Übergangsabschnitts kann zur Querschnittsschwächung eine Aussparung in der Probe und/oder am Rand der Probe eingebracht werden. Diese Aussparung kann verschiedene Formen, beispielsweise oval, rechteckig, rund, etc., aufweisen und beliebig komplex sein. Anregungen, welche die Probe in einen Schwingungszustand versetzt, können in einem Nebendeformationsabschnitt in plastische Deformation und Verschiebung umgesetzt werden. Die energetischen Verhältnisse, wie kinetische Energie, innere Arbeit, Arbeit der Volumenkräfte und Arbeit der Oberflächen kräfte, können im elastisch deformierbaren Deformationsabschnitt und im In a distance to be defined and determined starting from one end of an outgoing radius of a second transition section, a cutout in the sample and / or at the edge of the sample can be introduced for cross-sectional weakening. This recess can have various shapes, for example oval, rectangular, round, etc., and be arbitrarily complex. Excitations which put the sample in a vibrational state can be found in a secondary deformation section are converted into plastic deformation and displacement. The energetic conditions, such as kinetic energy, internal work, work of the volumetric forces and work of the surface forces, can in the elastically deformable deformation section and in the
Nebendeformationsabschnitt dadurch so geändert werden, dass eine Sub-deformation section thereby changed so that a
schwingungsfreie Kraftmessung im elastisch deformierbaren vibration-free force measurement in elastically deformable
Deformationsabschnitt durchgeführt werden kann. Deformationsabschnitt can be performed.
Sowohl eine geometrische Form als auch Materialeigenschaften des Both a geometric shape and material properties of
Hauptdeformationsabschnitts, des zweiten Übergangsabschnitts, des elastisch deformierbaren Deformationsabschnitts und des Nebendeformationsabschnitts können einen starken Einfluss auf Testergebnisse haben. Folgende Anforderungen müssen eingehalten werden: Main deformation portion, the second transition portion, the elastically deformable deformation portion and the minor deformation portion may have a strong influence on test results. The following requirements must be met:
Der erste Übergangsabschnitt, der Hauptdeformationsabschnitt und der zweite Übergangsabschnitt sollen derart gestaltet sein, dass im  The first transition section, the main deformation section and the second transition section should be designed such that in
Hauptdeformationsabschnitt ein homogener ebener Spannungszustand bis zur Main deformation section a homogeneous plane stress state up to
Einschnürung aufrechterhalten werden kann; Constriction can be maintained;
Die Geometrie des Hauptdeformationsabschnitts, des zweiten  The geometry of the main deformation section, the second
Übergangsabschnitts, des elastisch deformierbaren Deformationsabschnitts und des Nebendeformationsabschnitts soll für einen Werkstoff derart angepasst werden, dass eine deutliche Schwingungsreduzierung bei schneller Transition portion, the elastically deformable deformation portion and the secondary deformation portion should be adapted for a material such that a significant vibration reduction at faster
Beanspruchung gegenüber herkömmlichen Geometrien zu erkennen ist. Dabei sollen der zweite Übergangsabschnitt und der elastisch deformierbare Stress compared to conventional geometries can be seen. In this case, the second transition section and the elastically deformable
Deformationsabschnitt möglichst kurz gestaltet werden, ohne dabei die folgende Anforderung zu gefährden. Ein Verhältnis des schwächsten  Deformation be designed as short as possible without jeopardizing the following requirement. A relationship of the weakest
Querschnitts des Nebendeformationsabschnitts zum schwächsten Querschnitt des Hauptdeformationsabschnitts soll möglichst derart gewählt werden, dass ein Versagen im Nebendeformationsabschnitt nicht auftritt;  The cross section of the minor deformation section to the weakest cross section of the main deformation section should be selected as much as possible so that failure does not occur in the minor deformation section;
Die Geometrie des Hauptdeformationsabschnitts, des zweiten  The geometry of the main deformation section, the second
Übergangsabschnitts, des elastisch deformierbaren Deformationsabschnitts und des Nebendeformationsabschnitts soll für einen Werkstoff derart gestaltet werden, dass sich elastisch deformierbaren Deformationsabschnitt, über die Zeit der Versuchsdauer, ein ausreichend großes homogenes Spannungsfeld ausbreitet, dieses soll, bezogen auf den Bereichsquerschnitt, die wahre momentane Versuchskraft über die gesamte Versuchsdauer repräsentieren können, des Weiteren soll es den Abmessungen des angewendeten Transition portion, the elastically deformable deformation portion and the secondary deformation portion is to be designed for a material such that elastically deformable deformation portion, on the Furthermore, it is intended to represent the true instantaneous test force over the entire test duration, based on the area cross section, and, furthermore, it should correspond to the dimensions of the applied test
Messmittels genügen.  Sufficient measuring means.
Mit„kann" sind insbesondere optionale Merkmale der Erfindung bezeichnet. Demzufolge gibt es jeweils ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das das jeweilige Merkmal oder die jeweiligen Merkmale aufweist. In particular, optional features of the invention are referred to as "may." Accordingly, there is an embodiment of the invention each having the respective feature or features.
Mit der Erfindung wird eine Informationsqualität von Messwerten verbessert. Durch diese Erfindung werden Systemschwingungen im an einem Messfeld weitgehend vermieden, sodass dort die Kraftsignale ohne die überlagerte With the invention, an information quality of measured values is improved. By this invention, system vibrations in a measuring field are largely avoided, so that there the force signals without the superimposed
Schwingungen gemessen werden können. Diese Probe kann im Dehnratenbereich zwischen vorzugsweise 10"4 1/s bis 104 1/s und darüber hinaus eingesetzt werden. Dabei können alle gängigen existierenden Maschinen, Probenhalter, und/oder Messmethoden verwendet werden. Im gesamten Dehnratenbereich kann dieselbe Probengeometrie eingesetzt werden. Damit werden Abweichungen eines Vibrations can be measured. This sample can be used in the strain rate range between preferably 10 "4 1 / s to 10 4 1 / s and beyond, using all common existing machines, sample holders, and / or measuring methods The same sample geometry can be used throughout the strain rate range. This will cause deviations of one
Materialverhaltens, bedingt durch Änderungen der Prüfgeometrie ausgeschlossen. Messungen von Kraft und Deformationen an der Probe sind vergleichbar. Material behavior, due to changes in the test geometry excluded. Measurements of force and deformations on the sample are comparable.
Kraftsignale mit beispielsweise max. 1% Delta F können bei effektiven Dehnraten von weit über 1000 1/s annähernd oszillationsfrei gemessen werden. Force signals with, for example, max. 1% Delta F can be measured with an effective strain rate of well over 1000 1 / s, almost free of oscillation.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung zu homogenen Hereinafter, embodiments of the invention become homogeneous
Werkstoffen unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben. Unter homogenen Werkstoffen werden Werkstoffe verstanden, deren mechanischen Eigenschaften weitestgehend ortsunabhängig sind, was bei metallischen Werkstoffen mit guten Herstellungsbedingungen der Fall ist. Bei Verbundwerkstoffen und Kunststoffen, u.a. Faserverbundkunststoffen, sind die Eigenschaften im Werkstück häufig ortabhängig. Aus dieser Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale und Materials with reference to figures described in more detail. Homogeneous materials are materials whose mechanical properties are largely independent of location, which is the case with metallic materials with good production conditions. For composites and plastics, i.a. Fiber-reinforced plastics, the properties in the workpiece are often location-dependent. From this description, further features and
Vorteile. Konkrete Merkmale dieser Ausführungsbeispiele können allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen. Mit anderen Merkmalen verbundene Merkmale dieser Ausführungsbeispiele können auch einzelne Merkmale der Erfindung darstellen. Advantages. Concrete features of these embodiments may represent general features of the invention. Associated with other characteristics Features of these embodiments may also constitute individual features of the invention.
Es zeigen schematisch und beispielhaft: They show schematically and by way of example:
Fig. 1 eine Werkstoffprobe mit einem Hauptdeformationsabschnitt, einem 1 shows a sample of material with a main deformation section, a
elastisch deformierbaren Deformationsabschnitt und einem  elastically deformable deformation portion and a
Nebendeformationsabschnitt in Gesamtansicht sowie eine Detailansicht des elastisch deformierbaren Deformationsabschnitts und des  Secondary deformation section in overall view and a detailed view of the elastically deformable deformation section and the
Nebendeformationsabschnitts,  In addition to deformation section,
Fig. 2 einen Vergleich von Kraftmessungen an Werkstoffproben und Fig. 3 eine Spannungs-Dehnungs-Kurve und zugehörige Änderungen einer Dehnrate während eines Zugversuchs mit konstanter FIG. 2 shows a comparison of force measurements on material samples, and FIG. 3 shows a stress-strain curve and associated changes in a strain rate during a constant tensile test
Maschinengeschwindigkeit.  Machine speed.
Fig. 1 zeigt eine Werkstoff probe 100. Die Werkstoffprobe 100 dient zum Ermitteln von Werkstoffkennwerten in einem Belastungsversuch. Die Werkstoff probe 100 weist eine Längsachse 102 auf. Die Werkstoff probe 100 ist zur Längsachse 102 symmetrisch. Die Werkstoffprobe 100 weist einen ersten Endabschnitt 104, einen ersten Übergangsabschnitt 106, einen Fig. 1 shows a material sample 100. The material sample 100 is used to determine material characteristics in a load test. The material sample 100 has a longitudinal axis 102. The material sample 100 is symmetrical to the longitudinal axis 102. The material sample 100 has a first end portion 104, a first transition portion 106, a
Hauptdeformationsabschnitt 108, einen zweiten Übergangsabschnitt 1 10, einen elastisch deformierbaren Deformationsabschnitt 1 12, einen Hauptdeformationsabschnitt 108, a second transition section 1 10, an elastically deformable deformation portion 1 12, a
Nebendeformationsabschnitt 1 14 und einen zweiten Endabschnitt 1 16 auf. Second deformation section 1 14 and a second end portion 1 16 on.
Die Endabschnitte 104, 1 16 dienen zum Einspannen der Werkstoffprobe 100 in eine Prüfvorrichtung. Dabei dient der Endabschnitt 1 16 zur festen Einspannung und der Endabschnitt 104 zum Einleitung einer Prüf kraft bzw. Prüfbewegung der Prüfvorrichtung. An den Endabschnitten 104, 1 16 weist die Werkstoffprobe 100 die größte Breite auf. An dem Hauptdeformationsabschnitt 108 weist die The end sections 104, 16 serve for clamping the material sample 100 into a test device. It serves the end portion 1 16 for fixed clamping and the end portion 104 to initiate a test force or test movement of the test apparatus. At the end portions 104, 16, the material sample 100 has the greatest width. At the main deformation portion 108, the
Werkstoffprobe 100 die kleinste Breite auf. Der erste Übergangsabschnitt 106 ist mit einer von dem ersten Endabschnitt 104 zu dem Hauptdeformationsabschnitt 1 08 sprungfrei abnehmenden Breite ausgeführt. An dem ersten Material sample 100 the smallest width. The first transition section 106 is one of the first end section 104 to the main deformation section 1 08 running without sudden decreasing width. At the first
Übergangsabschnitt 1 06 ist ein Radius vorhanden. Transition section 1 06 is a radius available.
An dem elastisch deformierbaren Deformationsabschnitt 1 12 weist die On the elastically deformable deformation portion 1 12, the
Werkstoff probe 100 eine größere Breite als an dem Hauptdeformationsabschnitt 108 auf. Der zweite Übergangsabschnitt 1 10 ist mit einer von dem Material sample 100 has a greater width than at the main deformation section 108. The second transition portion 1 10 is connected to one of the
Hauptdeformationsabschnitt 108 zu dem elastisch deformierbaren Main deformation portion 108 to the elastically deformable
Deformationsabschnitt 1 1 2 sprungfrei zunehmenden Breite ausgeführt. An dem zweiten Übergangsabschnitt 1 10 ist ein Radius vorhanden. An dem zweiten Deformationsabschnitt 1 12 weist die Werkstoffprobe 100 ein Messfeld 1 18 auf. Das Messfeld 1 18 ist vorzugsweise rechteckig mit einer Länge I und einer Breite b. Das Messfeld 1 18 weist zu dem zweiten Übergangsabschnitt 1 10 einen Abstand Ii, zu dem Nebendeformationsabschnitt 1 14 einen Abstand l2 und zu einem Deformationsabschnitt 1 1 2 executed jumpless increasing width. At the second transition section 1 10 a radius is present. At the second deformation section 12 1, the material sample 100 has a measuring field 1 18. The measuring field 118 is preferably rectangular with a length I and a width b. The measuring field 1 18 has to the second transition section 1 10 a distance Ii, to the secondary deformation section 1 14 a distance l 2 and to a
Außenrand 120 der Werkstoffprobe 100 Abstände bi und b2 auf. Diese o.g. Outer edge 120 of the material sample 100 distances bi and b2 on. This o.g.
Abständen und Radien wurden wie beschrieben über FEM oder Versuche ermittelt Distances and radii were determined as described by FEM or experiments
An dem Nebendeformationsabschnitt 1 14 weist die Werkstoff probe 1 00 eine Ausnehmung 122 und einen Einzug 126 auf. Die Ausnehmung 122 weist einen umlaufenden Innenrand 124 auf. At the secondary deformation section 1 14, the material sample 1 00 has a recess 122 and a feeder 126. The recess 122 has a circumferential inner edge 124.
Der Nebendeformationsabschnitt 1 14 ist seitlich der Ausnehmung 122 und des Einzugs 126 lokal deformierbar. The secondary deformation portion 1 14 is the side of the recess 122 and the feeder 126 locally deformable.
Die Geometrie der Werkstoffprobe 100 ist mithilfe der Finite-Elemente-Methode unter Berücksichtigung des Probenmaterials, des Messverfahrens und/oder der Belastungsgeschwindigkeit bestimmt. Der Hauptdeformationsabschnitt 108, der elastisch deformierbare Deformationsabschnitt 1 12 und der The geometry of the material sample 100 is determined using the finite element method taking into account the sample material, the measurement method and / or the loading speed. The main deformation portion 108, the elastically deformable deformation portion 1 12 and the
Nebendeformationsabschnitt 1 14 sind derart aufeinander abgestimmt, dass sich beim Durchführen eines Belastungsversuchs der Hauptdeformationsabschnitt 1 08 hauptsächlich und bis zum Versagen plastisch deformiert, sich der elastisch deformierbare Deformationsabschnitt 1 12 elastisch deformiert und sich der Nebendeformationsabschnitt 1 14 leicht plastisch deformiert, wobei bei hohen Dehnraten an dem elastisch deformierbaren Deformationsabschnitt 1 12 die Schwingungen reduziert bzw. vermieden werden. Der Subordinate deformation portion 1 14 are coordinated so that when performing a load test, the main deformation portion 1 08 plastically deformed and deformed to failure, the elastically deformable deformation portion 1 12 elastically deformed and the secondary deformation portion 1 14 slightly plastically deformed, wherein at high Strain rates on the elastically deformable deformation portion 1 12, the vibrations are reduced or avoided. Of the
Hauptdeformationsabschnitt 108, der elastisch deformierbaren Main deformation portion 108, the elastically deformable
Deformationsabschnitt 1 12 und der Nebendeformationsabschnitt 1 14 sind derart aufeinander abgestimmt, dass sich in dem elastisch deformierbaren Deformationsabschnitt 1 12 and the secondary deformation section 1 14 are coordinated such that in the elastically deformable
Deformationsabschnitt 1 12, über die Zeit der Versuchsdauer, ein ausreichend großes homogenes Spannungsfeld im Messfeld 1 18 ausbreitet, das, bezogen auf eine Querschnitt im elastisch deformierbaren Deformationsabschnitt 1 12, eine wahre momentane Versuchskraft über die gesamte Versuchsdauer repräsentiert und das den Abmessungen eines angewendeten Messmittels, beispielsweise Dehnmessstreifen, genügt.  Deformationsabschnitt 1 12, over the time of the test period, a sufficiently large homogeneous stress field in the measuring field 1 18 propagates, based on a cross section in the elastically deformable deformation section 1 12, represents a true instantaneous test force over the entire duration of the test and the dimensions of an applied measuring means , For example, strain gauges, is sufficient.
In dem Hauptdeformationsabschnitt 108 werden Probenverformungen gemessen, um Dehnungen zu berechnen. Der erste Übergangsabschnitt 106 und der zweite Übergangsabschnitt 1 10 halten bei einer Belastung der Werkstoffprobe 100 unter Einwirkung einer Belastungskraft zusammen mit dem Hauptdeformationsabschnitt 108 einen homogenen ebenen Spannungszustand bis zur Einschnürung aufrecht. Der Nebendeformationsabschnitt wird bei einer Belastung der Werkstoff probe 100 unter Einwirkung einer Belastungskraft leicht plastisch deformiert, während der Hauptdeformationsabschnitt 108 noch eine Hauptdeformation bis zu einem Bruch erfährt. Durch die leicht plastische Deformation des Probenbereichs um dieIn the main deformation section 108, sample deformations are measured to calculate strains. The first transition section 106 and the second transition section 110 maintain a homogeneous plane stress state until constriction under load of the material sample 100 under the action of a loading force along with the main deformation section 108. The secondary deformation portion is easily plastically deformed under a load of the material sample 100 under the action of a loading force, while the main deformation portion 108 still undergoes a major deformation to breakage. Due to the slightly plastic deformation of the sample area around the
Ausnehmung 122 und den Einzug 126 wird Schwingungsenergie umgewandelt und werden Schwingungen gedämpft. Recess 122 and the retraction 126 is converted to vibrational energy and vibrations are damped.
Fig. 2 zeigt einen Vergleich von Kraftmessungen an Werkstoffproben. In einem Diagramm 200 ist auf einer x-Achse eine Zeit und auf einer y-Achse eine Kraft aufgetragen. Bei einer Messung mit einer Kraftmesszelle ergibt sich für eine Werkstoff probe gemäß dem Stand der Technik in einem Zugversuch unter Fig. 2 shows a comparison of force measurements on material samples. In a diagram 200, a time is plotted on an x-axis and a force on a y-axis. In a measurement with a load cell results for a material sample according to the prior art in a tensile test under
Einwirkung der Zugkraft ein Kraftverlauf 202 mit deutlichen Signalschwankungen. Bei einer Messung mit Dehnmessstreifen ergibt sich für die Werkstoffprobe gemäß dem Stand der Technik in einem Zugversuch unter Einwirkung der Zugkraft ein Kraftverlauf 204 mit etwas reduzierten, jedoch immer noch deutlichen Signalschwankungen. Bei einer Messung mit Dehnmessstreifen ergibt sich für die erfindungsgemäße Werkstoffprobe, wie Werkstoffprobe 100 gemäß Fig. 1, in einem Zugversuch unter Einwirkung der Zugkraft ein Kraftverlauf 206 nahezu ohne Signalschwankungen. Fig. 3 zeigt eine Spannungs-Dehnungs-Kurve mit der zugehörigen Änderung der Dehnrate. In dem Diagramm 300 ist auf der x-Achse die wahre Dehnung, auf der yi-Achse die wahre Spannung und auf der y2-Achse eine wahre Dehnrate aufgetragen. Bei einer Kraftmessung mit Dehnmessstreifen ergeben sich für die erfindungsgemäße Werkstoffprobe, wie Werkstoffprobe 100 gemäß Fig. 1 , ein Spannungs-Dehnungs-Verlauf 302 und bei einem Dehnratenverlauf 304 mit einer Dehnrateänderung von 100s auf 8000 1/s. Exposure of the tensile force a force curve 202 with significant signal fluctuations. In a measurement with strain gauges results for the material sample according to the prior art in a tensile test under the action of tensile force a force curve 204 with somewhat reduced, but still clear Signal fluctuations. In a measurement with strain gauges results for the material sample according to the invention, such as material sample 100 of FIG. 1, in a tensile test under the action of the tensile force a force curve 206 with almost no signal fluctuations. Fig. 3 shows a stress-strain curve with the associated change in the strain rate. In the diagram 300 the true strain is plotted on the x-axis, the true stress on the yi-axis and a true strain rate on the y 2 -axis. In the case of a force measurement with strain gauges, a stress-strain curve 302 results for the material sample according to the invention, such as material sample 100 according to FIG. 1, and with a strain rate variation from 100 s to 8000 1 / s at a strain rate curve 304.
Bezugszeichen Werkstoffprobe Reference material sample
Längsachse longitudinal axis
erster Endabschnitt first end section
erster Übergangsabschnitt first transitional section
Hauptdeformationsabschnitt Main deformation section
zweiter Übergangsabschnitt second transitional section
elastisch deformierbarer Deformationsabschnitt Nebendeformationsabschnitt elastically deformable deformation portion secondary deformation portion
zweiter Endabschnitt second end section
Messfeld measuring field
Außenrand outer edge
Ausnehmung recess
Innenrand inner edge
Einzug Diagramm Indentation diagram
Kraftverlauf force curve
Kraftverlauf force curve
Kraftverlauf Diagramm Force curve diagram
Spannungs-Dehnungs-Verlauf Stress-strain curve
Dehnratenverlauf Dehnratenverlauf

Claims

Patentansprüche  claims
1. Werkstoffprobe (100) zum Ermitteln eines Werkstoffverhaltens und/oder von Werkstoffkennwerten in einem Belastungsversuch, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstoff probe (100) einen plastisch deformierbaren 1. Material sample (100) for determining a material behavior and / or material properties in a load test, characterized in that the material sample (100) has a plastically deformable
Hauptdeformationsabschnitt (108), einen elastisch deformierbaren  Main deformation portion (108), an elastically deformable
Deformationsabschnitt (1 12) und einen plastisch deformierbaren  Deformationsabschnitt (1 12) and a plastically deformable
Nebendeformationsabschnitt (1 14) aufweist, wobei der  Having secondary deformation portion (1 14), wherein the
Hauptdeformationsabschnitt (108), der elastisch deformierbare  Main deformation section (108), the elastically deformable
Deformationsabschnitt (1 12) und der Nebendeformationsabschnitt (1 14) unter Berücksichtigung eines Probenmaterials, einer Materialdimension, eines Messverfahrens und/oder einer Belastungsgeschwindigkeit aufeinander abgestimmt sind, um auch bei hohen Dehnraten eine schwingungsreduzierte Ermittlung von Verformungskräften zu ermöglichen.  Deformationsabschnitt (1 12) and the secondary deformation section (1 14) are adjusted to one another taking into account a sample material, a material dimension, a measurement method and / or a loading speed to allow a low-vibration determination of deformation forces even at high strain rates.
2. Werkstoffprobe (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstoffprobe (100) an dem Hauptdeformationsabschnitt (108) einen kleinsten Querschnitt, an dem elastisch deformierbaren Deformationsabschnitt (1 12) einen größeren Querschnitt als an dem Hauptdeformationsabschnitt (108) und an dem Nebendeformationsabschnitt (1 14) eine 2. Material sample (100) according to claim 1, characterized in that the material sample (100) at the main deformation portion (108) has a smallest cross-section, at the elastically deformable deformation portion (1 12) has a larger cross-section than at the main deformation portion (108) and at the secondary deformation section (1 14) a
Querschnittsschwächung, insbesondere eine Ausnehmung (122) und/oder einen Einzug (126), aufweist.  Cross-sectional weakening, in particular a recess (122) and / or a feeder (126).
3. Werkstoffprobe (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstoff probe (100) an dem 3. Material sample (100) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the material sample (100) on the
Hauptdeformationsabschnitt (108) die geometrische und mechanische  Main deformation section (108) the geometric and mechanical
Bedingung  condition
R ■ A  R ■ A
l mB\ ΛΒ\ ^ i l mB \ Λ Β \ ^ i
R ■ A  R ■ A
J m£3 ΛΒ3 J m £ 3 Λ Β3
erfüllt, mit RmBl : Zugfestigkeit des Probenmaterials in dem Hauptdeformationsabschnitt (108); fulfilled, with R mBl : tensile strength of the sample material in the main deformation section (108);
Am : Querschnittsfläche der Werkstoffprobe (100) in dem A m : cross-sectional area of the material sample (100) in the
Hauptdeformationsabschnitt (108);  Main deformation section (108);
RmBi : Zugfestigkeit des Probenmaterials in dem NebendeformationsabschnittR mBi : Tensile strength of the sample material in the minor deformation section
(1 14); (1 14);
Am : Querschnittsfläche der Werkstoffprobe (100) in dem A m : cross-sectional area of the material sample (100) in the
Nebendeformationsabschnitt (1 14).  Secondary deformation section (1 14).
Werkstoffprobe (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstoff probe (100) an dem elastisch deformierbaren Deformationsabschnitt (1 12) wenigstens einen Messabschnitt (1 18) aufweist, der von dem Hauptdeformationsabschnitt (108), von dem Nebendeformationsabschnitt (1 14) und von einem Probenrand (120) einen definierten Abstand abhängig von einem zu prüfenden Material und einer zu prüfenden Materialdimension aufweist. Material sample (100) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the material sample (100) on the elastically deformable deformation portion (1 12) at least one measuring section (1 18), of the main deformation section (108), of the secondary deformation section (1 14) and from a sample edge (120) has a defined distance depending on a material to be tested and a material dimension to be tested.
Werkstoff probe (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstoff probe (100) an dem elastisch deformierbaren Deformationsabschnitt (1 12) die geometrische und Material sample (100) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the material sample (100) on the elastically deformable deformation portion (1 12) the geometric and
mechanische Bedingung mechanical condition
R ■ A  R ■ A
l mB\ ΛΒΙ < i l mB \ Λ ΒΙ < i
R ■ A ~~ R ■ A ~~
1 ρϋ,2Β2 ^B2 1 ρϋ, 2Β2 ^ B2
erfüllt, mit fulfilled, with
RmB1 : Zugfestigkeit des Probenmaterials in dem R mB1 : tensile strength of the sample material in the
Hauptdeformationsabschnitt (108);  Main deformation section (108);
Am : Querschnittsfläche der Werkstoffprobe (100) in dem A m : cross-sectional area of the material sample (100) in the
Hauptdeformationsabschnitt (108);  Main deformation section (108);
Rp0 2B2 '■ Streck- bzw. Fließgrenze des Probenmaterials in dem elastisch R p0 2B 2 '■ yield point of the sample material in the elastic
deformierbaren Deformationsabschnitt (1 12); AB2 : Querschnittsfläche der Werkstoffprobe (100) in dem elastisch deformierbaren Deformationsabschnitt (1 12). deformable deformation section (1 12); A B2 : cross-sectional area of the material sample (100) in the elastically deformable deformation portion (1 12).
6. Werkstoff probe (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstoff probe (100) an dem 6. Material sample (100) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the material sample (100) on the
Nebendeformationsabschnitt (1 14) die geometrischen und mechanischen Bedingungen  Second deformation section (1 14) the geometric and mechanical conditions
R ■ A R ■ A  R ■ A R ■ A
— -^ί— ^ L- > \ u nc( ">m B1 <; \ - - ^ ί- ^ L-> \ u nc ("> m B1 <; \
R · A ~ R ■ A R · A ~ R ■ A
1 ρΟ,2ΒΪ l mB3 ΛΒ3 1 ρΟ, 2ΒΪ l mB3 Λ Β3
erfüllt, mit  fulfilled, with
Rmm : Zugfestigkeit des Probenmaterials in dem R mm : tensile strength of the sample material in the
Hauptdeformationsabschnitt (108);  Main deformation section (108);
Am : Querschnittsfläche der Werkstoffprobe (100) in dem A m : cross-sectional area of the material sample (100) in the
Hauptdeformationsabschnitt (108);  Main deformation section (108);
Rpo,2B Streck- bzw. Fließgrenze des Probenmaterials in dem R p o, 2B yield point of the sample material in the
Nebendeformationsabschnitt (1 14);  Secondary deformation section (1 14);
AB3 : Querschnittsfläche der Werkstoffprobe (100) in dem A B3 : cross-sectional area of the material sample (100) in the
Nebendeformationsabschnitt (1 14);  Secondary deformation section (1 14);
RmB3 : Zugfestigkeit des Probenmaterials in dem R mB3 : tensile strength of the sample material in the
Nebendeformationsabschnitt (1 14).  Secondary deformation section (1 14).
7. Werkstoff probe (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (122) und/oder der Einzug (126) an dem Nebendeformationsabschnitt (1 14) zumindest abschnittsweise oval, rechteckig oder rund ausgeführt ist. 7. Material sample (100) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the recess (122) and / or the indentation (126) on the secondary deformation section (1 14) is at least partially oval, rectangular or round.
8. Werkstoffprobe (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstoff probe (100) einen runden 8. material sample (100) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the material sample (100) has a round
Querschnitt aufweist, einen viereckigen Querschnitt aufweist, aus einem Flacherzeugnis hergestellt ist und/oder wenigstens eine Kerbe aufweist. Has cross-section, has a quadrangular cross-section, is made of a flat product and / or has at least one notch.
9. Verfahren zum Festlegen einer Probengeometrie einer Werkstoffprobe (100) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Probengeometrie zumindest abschnittsweise mithilfe der Finite-Elemente- Methode unter Berücksichtigung eines Probenmaterials, einer 9. A method for determining a sample geometry of a material sample (100) according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that the sample geometry at least in sections using the finite element method, taking into account a sample material, a
Materialdimension, eines Messverfahrens und/oder einer  Material dimension, a measurement method and / or a
Belastungsgeschwindigkeit derart bestimmt wird, dass in einem  Loading speed is determined such that in one
Belastungsversuch mechanischen Spannungen an einem an dem elastisch deformierbaren Deformationsabschnitt (1 2) angeordneten Messfeld (1 18) homogen sind und eine wahre momentane Prüfkraft über eine gesamte Versuchsdauer repräsentieren.  Stress test mechanical stresses on a to the elastically deformable deformation portion (1 2) arranged measuring field (1 18) are homogeneous and represent a true instantaneous test force over a whole test period.
10. Verfahren zum Ermitteln eines Werkstoffverhaltens und/oder von 10. Method for determining a material behavior and / or of
Werkstoff kenn werten in einem Belastungsversuch mithilfe einer  Evaluate material in a load test using a
Werkstoffprobe (100) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei zumindest einer der folgenden Schritte durchgeführt wird:  Material sample (100) according to at least one of claims 1 to 8, wherein at least one of the following steps is carried out:
Anordnen eines Messmittels an dem elastisch deformierbaren Deformationsabschnitt (1 12);  Placing a measuring means on the elastically deformable deformation portion (1 12);
- Anordnen der Werkstoffprobe (100) an einer Prüfvorrichtung;  - placing the material sample (100) on a test device;
Belasten der Werkstoffprobe (100) und dabei Erfassen von  Loading the material sample (100) and thereby detecting
Kraf tm ess we rte n ;  Power to eat;
dadurch gekennzeichnet, dass eine Kraftmessung an einem an dem elastisch deformierbaren Deformationsabschnitt (1 12) angeordneten Messfeld (1 18) mithilfe elektrischer Dehnungssensoren und/oder eines optischen Verfahrens erfolgt.  characterized in that a force is measured on an elastically deformable deformation portion (1 12) arranged measuring field (1 18) by means of electrical strain sensors and / or an optical method.
1 1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftmessung an zwei Seiten der Werkstoffprobe (100) erfolgt. 1 1. A method according to claim 10, characterized in that the force measurement takes place on two sides of the material sample (100).
12. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 1 1 , dadurch 12. The method according to at least one of claims 10 to 1 1, characterized
gekennzeichnet, dass die Werkstoffprobe (100) monoaxial, biaxial oder multiaxial auf Zug oder Druck belastet wird. in that the material sample (100) is loaded monoaxially, biaxially or multiaxially with tension or pressure.
13. Spannungs-Dehnungs-Kurve eines Werkstoffs, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungs-Dehnungs-Kurve mithilfe einer Werkstoffprobe (100) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8 ermittelt ist. 13. stress-strain curve of a material, characterized in that the stress-strain curve using a sample of material (100) according to at least one of claims 1 to 8 is determined.
14. Produkt, dadurch gekennzeichnet, dass das Produkt unter Verwendung von Werkstoffkennwerten ausgelegt ist, die mithilfe einer Werkstoff probe (100) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8 ermittelt wurden. 14 product, characterized in that the product is designed using material characteristics, which were determined using a material sample (100) according to at least one of claims 1 to 8.
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