Universalprüfmaschine für Zug-Druck und Torsion mit Temperiereinheit
Final Report Abstract
Die Universalprüfmaschine für Zug, Druck und Torsion mit Temperiereinheit dient zur Untersuchung metallischer und polymerer Werkstoffe. Bei den Analysen stehen nicht die in den Materialwissenschaften üblichen Kennzahlen wie Fließgrenze, Streckgrenze etc. im Vordergrund, sondern die Untersuchung des prozessabhängigen Materialverhaltens unter mechanischen und thermischen Einflüssen, um damit dreidimensionale Materialmodelle für kleine und große Verzerrungen zu entwickeln. Diese Modelle dienen anschließend dreidimensionaler Strukturberechnungen mit Hilfe der Methode der finiten Elemente. Für den Einstieg in die Verwendung der Prüfmaschine sind daher auf einer Landesstelle Untersuchungen der Streuung "gleicher" Metalle von unterschiedlichen Herstellern behandelt worden. Die Probekörper waren dünnwandige zylindrische Proben, so dass auch die Torsionseinheit zum Tragen kam. Es wurde der Stahl EN10204-3.1 dreier unterschiedlicher Hersteller auf dessen Unterschiede im inelastischen Bereich untersucht, um die Streuung der herstellungsbedingten Abweichungen herauszufinden. Im Bereich großer Deformationen sind darüber hinaus erste Grundversuche an Thermoplastischen Elastomeren (TPE), im Bereich mechanischer und thermischer Einflüsse entwickelt worden. Im Rahmen des DFG-Vorhabens "Electro-thermo-mechanical modeling of Field-Assisted Sintering Technology using high-order finite elements validated by experiments" sind Druckversuche bei Kaltpressvorgängen von Kupferpulver zur indirekten Radialspannungsbestimmung durchgeführt worden. Darüber hinaus experimentierten wir bei vorgepressten und vorgesinterten stabförmigen Kupferproben mit unterschiedlicher relativer Dichte das inelastische Materialverhalten im Zugbereich. Diese experimentellen Untersuchungen dienen einerseits zur Entwicklung von Materialmodellen und andererseits zur Analyse des Axial-Radialspannungsverhältnisses. In dem Kollaborationsprojekt "Einfluss der Materialschichtdicken auf die mechanischen Eigenschaften und das Umformverhalten von dreischichtigen Sandwichverbundwerkstoffen" werden Folien aus PP/PE, die in Sandwichblechen als Kernwerkstoff eingebracht werden, in unterschiedlichen Temperaturbereichen und unterschiedlichen Belastungspfaden experimentell untersucht, um hiermit ein neues Materialmodell für das genannte Polymer zu entwickeln. Hierzu ist auch eine Schereinrichtung für Polymere entwickelt worden, um weitere Untersuchungsmöglichkeiten mit der Prüfmaschine herbeizuführen. Aktuell werden im Rahmen des teilweise durch die Industrie geförderten Projektes "Entwicklung eines Materialmodells für Zinkdruckguss" bereitgestellte gegossene zylinderförmige Proben durch Zug-, Drucksowie Torsionsexperimente im Hinblick auf dessen thermo-mechanischen Eigenschaften untersucht. Hierzu soll ebenfalls ein Materialmodell, welches später ebenfalls Alterungseigenschaften berücksichtigt, entwickelt werden.
