Hochfrequenz-Resonanzprüfsystem mit Beanspruchungsfrequenz 1000 Hz

• Fachliche Zuordnung: Werkstofftechnik
• Förderung: Förderung in 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 555176142

Das Hochfrequenz-Resonanzprüfsystem soll im SFB/TRR 375 zur Erforschung des Ermüdungsverhaltens, additiv gefertigter hybrid-poröser (HyPo-) Werkstoffe eingesetzt werden. Diese zeichnen sich durch eine Gradierung der chemischen Zusammensetzung und/oder der Porosität aus und sind Grundlage des im SFB/TRR 375 verfolgten Konzepts, das „richtige Material am richtigen Ort“ komplex beanspruchter technischer Bauteile einzusetzen. Durch die Gradierung liegen in den unterschiedlich legierten bzw. porösen Werkstoffbereichen Materialzusammensetzungen und Gefügestrukturen vor, die das lokale mechanische Verhalten massiv beeinflussen. Insbesondere das Ermüdungsverhalten derart gradierter Materialsysteme ist bislang nicht hinreichend erforscht. Das beantragte Gerät ist mit einem Nutzungsanteil von 100% in den Teilprojekten C01 und C04 des SFB/TRR 375 verortet, die sich zum Ziel setzen, die o.g. Forschungslücke zu schließen. Hinsichtlich der Versuchstechnik ergeben sich hierbei folgende Herausforderungen: (i) Das Ermüdungsverhalten additiv gefertigter, gradierter und/oder poröser Werkstoffstrukturen hängt nicht nur von der Materialgradierung, sondern auch von deren Ausrichtung relativ zur Beanspruchungsrichtung ab. – Dies impliziert einen großen Umfang an Ermüdungsversuchen. (ii) Insbesondere im High-Cycle-Fatigue (HCF-) und Very-High-Cycle-Fatigue (VHCF-) Bereich ist von Ermüdungsversagen der HyPo-Werkstoffe infolge aus dem additiven Herstellprozess resultierender Defekte und/oder der in porösen Strukturen vorliegenden Kerbwirkung auszugehen. – Dies impliziert eine hohe Streuung der Ermüdungsfestigkeit, die mit einer hinreichend hohen Zahl an Versuchen zu adressieren ist. (iii) In gradierten bzw. porösen Strukturen liegen stark inhomogene Spannungs- und Dehnungsverteilungen vor. – Für die Bauteilauslegung ist somit der Zusammenhang zwischen aufgebrachter Last und resultierender lokaler/globaler Dehnung (Spannung) zu klären. (iv) Die gradierte Porosität in HyPo-Materialien erlaubt eine Optimierung der Dämpfungseigenschaften. – Diese sind, einschließlich ihrer Änderungen infolge von Ermüdungsbeanspruchungen, als wesentlicher Aspekt der Multifunktionalität von HyPo-Komponenten zu erforschen. Hierfür sind servohydraulische Prüfsysteme ungeeignet, da diese keine Messung der Werkstoffdämpfung zulassen. (v) Die zur Bewältigung der notwendigen Umfänge an HCF- und VHCF-Versuchen erforderlichen Versuche mit effektiven Frequenzen um 1.000 Hz können an HyPo-Werkstoffen infolge der lokal unterschiedlichen elastisch-plastischen Materialeigenschaften nicht auf für VHCF-Beanspruchung an homogenen Werkstoffen etablierten Ultraschall-Ermüdungsprüfsystemen erfolgen. Daher stellt das beantragte Resonanzprüfsystem die einzige zielführende Möglichkeit zur Lösung der skizzierten Fragestellungen dar. Die Beschaffung einer solchen Prüfanlage wurde von der Begutachtungsgruppe des SFB/TRR 375 auf Grundlage der hierzu geführten, intensiven Diskussion mit Nachdruck befürwortet.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Hochfrequenz-Resonanzprüfsystem mit Beanspruchungsfrequenz 1000 Hz
• Gerätegruppe: 2910 Dynamische Prüfmaschinen und -anlagen, Pulser
• Antragstellende Institution: Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Tilmann Beck