Arbeitsfeld 3: Experimentelle Charakterisierung

• Definition der Geometrie von Probekörpern für Zugversuche

Werkstoffeigenschaften werden i. d. R. mit standardisierten und genormten Versuchen getestet, bewertet und charakterisiert. Damit reduziert sich der Versuchsaufwand und die Ergebnisse bleiben reproduzierbar und können so als Vergleichswerte zur Bewertung von Werkstoffen herangezogen werden. Blechwerkstoffe werden in Anlehnung nach DIN EN 10002-1, dem Zugversuch metallischer Werkstoffe zur Ermittlung von Festigkeits- und Verformungskenngrößen, geprüft. In dieser Norm sind die Prüfkörper in ihren geometrischen Abmaßen und die Versuchsdurchführung beschrieben. Für den Einsatz im Bereich der strukturierten Bleche ist die beschriebene Normung nur unzureichend einsetzbar, da die Ausdehnung (Schlüsselweite) der Strukturelemente die vorgegebenen Abmessungen überschreiten. Somit ist es für die Bewertung strukturierter Bleche zunächst notwendig ein geändertes, d. h. größeres geeignetes Probenmaß zu definieren.

Erste Ansätze zur Gestaltung von Probengeometrien zur Durchführung von Zugversuche an strukturierten Blechen orientieren sich am Stand der Technik. In den Arbeiten wird die Probe mit dem laut DIN empfohlenen Verhältnis Länge zu Breite von 6:1 als mit alternativen Längen-Breiten-Verhältnissen untersucht und die Auswirkungen dieser Geometrievariation auf den Verlauf der Spannungs-Dehnungskurve bzw. der Kraft-Weg-Kurve bewertet. Dazu wurden Probengeometrien der empfohlenen Standardprobe der Breite 20 mm bzgl. einer verkürzten Versuchslänge variiert und vorab Versuche mit Glattblechen durchgeführt.

Durch schrittweise Variation der Probengeometrie und Ermittlung des Struktureinflusses auf die Ergebnisse werden ein angepasster Zugversuch und Probengeometrien für strukturierte Bleche entwickelt.

Für die Prüfungen werden exakte Daten zur Verformung der Strukturen während des Versuches benötigt. Mit herkömmlichen Methoden, wie taktilen Wegaufnehmern, ist dies aufgrund der heterogenen Verformung der Struktur nicht möglich. Daher wird zur Aufnahme und Analyse der Verformungen ein optisches Erkennungssystem eingesetzt, welches die Probe über eine definierte Fläche aufnimmt. Dieses „ARAMIS“ genannte System eignet sich besonders dazu, mit hoher Zeit- und Ortsauflösung, dreidimensionale Verformungen und Dehnungen an realen Bauteilen und Werkstoffproben zu messen.

• Charakterisierung des strukturierten Ausgangsmaterials

Zunächst konzentrieren sich die Untersuchungen auf die Auswahl einer geeigneten Probengeometrie und die Konzeption einer Versuchsanordnung für Schwingfestigkeitsuntersuchungen strukturierter Bleche. Derzeit wird eine Versuchsvorrichtung zur Integration in vorhandene hydraulische Universalprüfmaschinen konzipiert und umgesetzt, welche die Untersuchung von Glattblechen, strukturierten Blechen und gefügten Blechen bei variabler Probengeometrie ermöglicht.

Nach der konstruktiven Umsetzung und Erprobung der Vorrichtung werden strukturierte Ausgangsmateriale mit weiterverarbeiteten Blechen verglichen. Ziel der Prüfungen ist es, eine Vergleichsbasis zwischen dem Ausgangszustand und verarbeitetem Zustand der Bleche zu schaffen.