Anwendungsbeispiele zur MATERIALPRÜFUNG
Bei definierten Belastungen (Zug, Druck, Torsion, Biegung) wird die Kraft und Dehnung gemessen. Aus diesen Messgrößen werden Kraft-Dehnungs-Kurven und Spannungs-Dehnungs-Kurven ermittelt sowie Materialparameter wie E-Modul, Poissonszahl, Bruchdehnung oder komplexere Größen berechnet. Je nach Test werden verschiedene Messverfahren eingesetzt:
Das RTSS-Videoextensometer eignet für standardisierte und automatische Prüfabläufe und arbeitet als Echtzeit-Dehnungssensor.
Das Q400-Bildkorrelationssystem liefert ortsaufgelöste Messwerte und die Auswertung erfolgt meist im Nachhinein da dabei ein Fülle an Informationen berechnet werden kann.
Die Wichtigkeit der Werkstoffprüfung bzw. Materialprüfung
Bei der Werkstoffprüfung werden die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Werkstoffen bestimmt. Mit Hilfe der Werkstoffprüfung kann die Eignung eines Werkstoffs für den vorgesehenen Zweck bestimmt werden. Die Materialprüfung ist für die Qualitätskontrolle in vielen Branchen unerlässlich, z. B. in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt- und Bauindustrie.
Bekannte Materialprüfungen und Materialkennzahlen
Es gibt viele verschiedene Arten von Werkstoffprüfungen, wie z. B. Zugprüfungen, Druckprüfungen, Härteprüfungen, Bruchzähigkeitsprüfungen und Prüfungen der Ermüdungsfestigkeit. Bei der Zugprüfung handelt es sich um eine Art von mechanischer Prüfung, bei der die Fähigkeit eines Materials, Zugkräften standzuhalten, gemessen wird. Bei der Druckprüfung wird die Fähigkeit eines Werkstoffs, Druckkräften standzuhalten, gemessen. Die Härteprüfung ist eine Art der mechanischen Prüfung, bei der die Widerstandsfähigkeit eines Materials gegen Eindrücken gemessen wird. Die Bruchzähigkeitsprüfung ist eine Art der mechanischen Prüfung, bei der die Fähigkeit eines Werkstoffs gemessen wird, unter Belastung zu brechen. Die Prüfung der Ermüdungsfestigkeit ist eine Art der mechanischen Prüfung, bei der die Fähigkeit eines Materials gemessen wird, unter wiederholter Belastung einer Ermüdung zu widerstehen.
Besonders wichtige Materialkennwerte: Streckgrenze, E-Modul, Poissonzahl
Die Materialprüfung kann auch zur Bestimmung von Materialkennwerten wie dem Elastizitätsmodul, der Poissonzahl und der Streckgrenze verwendet werden. Der Elastizitätsmodul ist ein Maß für die Steifigkeit eines Werkstoffs. Die Poissonzahl ist ein Maß für die Kompressibilität eines Materials. Die Streckgrenze ist ein Maß für den Widerstand eines Materials gegen plastische Verformung.
Anwendungsfälle von Materialprüfungen
Materialprüfungen sind für die Qualitätskontrolle in vielen Industriezweigen unerlässlich, z. B. in der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt und im Bauwesen. Die Werkstoffprüfung wird eingesetzt, um sicherzustellen, dass die Werkstoffe die für ihren Verwendungszweck erforderlichen Spezifikationen erfüllen. Die Werkstoffprüfung wird auch eingesetzt, um die Ursache von Materialversagen zu untersuchen. Genaue und zuverlässige Messungen sind in beiden Fällen von sehr hoher Wichtigkeit, da davon teils lebensverändernde Entscheidungen abhängen.
Flächenhafte Dehnungsmessung mit maximal hoher OrtsauflösungDie im Q400 DIC System eingesetzte Messsoftware Istra4D erreicht über einen speziellen Algorithmus eine sehr hohe Ortsauflösung bei der Dehnungsmessung. Dieses Anwendungsbeispiel zur Materialprüfung zeigt, daß die Ortsauflösung des Dehnungsfeldes durch einen entsprechend optimierten Bildauswertealgorithmus deutlich verbessert wird. In Kombination mit einer hohen Kameraauflösung liefert das Q400 System eine unübertroffen hohe Ortsauflösung und Detailinformationen. |
RTSS Videoextensometer zur Bestimmung des E-Moduls beim ZugversuchMit dem Dehnungssensor RTSS Videoextensometer wird die Längsdehnung beim Zugversuch mit hoher Präzision in Echtzeit gemessen und an die Prüfmaschine übertragen. Dieses Anwendungsbeispiel zeigt wie ein RTSS Kamera System als berührungsloser Dehnungssensor für die Bestimmung von E-Module an Kunststoffen und Metallen eingesetzt werden kann. |
Was ist der Elastizitätsmodul bzw. E-Modul?
Der Elastizitätsmodul (auch bekannt als Elastizitätsmodul) ist ein Maß für die Fähigkeit eines Materials, sich elastisch zu verformen. Mit anderen Worten: Er bemisst den Widerstand eines Materials gegen mechanische Dehnung oder Stauchung. Je höher der Elastizitätsmodul ist, desto größer ist der Widerstand des Materials gegen Verformung.
Der Elastizitätsmodul kann mit verschiedenen Methoden gemessen werden, darunter Zug-, Druck- und Scherprüfungen. Er wird in der Regel in Gigapascal (GPa), Megapascal (MPa) oder Newton pro Quadratmillimeter (N/mm²) ausgedrückt. Baustahl bzw. S235JR hat beispielsweise den E-Modul 210000 N/mm².
Zugprüfung zur Bestimmung des E-Modul
Die Zugprüfung ist die gängigste Methode zur Messung der Elastizität. Bei dieser Art von Prüfung wird eine Probe des Materials einer Zugkraft ausgesetzt. Dabei wird die Dehnung (Zugspannung) gemessen, die diese Belastung bewirkt. Die Druckprüfung ist ähnlich wie die Zugprüfung, nur dass die Probe nicht auf Zug, sondern auf Druck (Quetschung) beansprucht wird.
Die Scherprüfung ist eine weitere gängige Methode zur Messung der Elastizität. Bei dieser Art von Prüfung wird eine Materialprobe Scherkräften ausgesetzt (Kräfte, die parallel zueinander, aber in entgegengesetzte Richtungen wirken). Anschließend wird die Kraft gemessen, die erforderlich ist, um eine Verformung zu bewirken.
Mit dem E-Modul Vorhersagen zum Materialverhalten treffen
Der Elastizitätsmodul kann verwendet werden, um das Verhalten eines Materials unter verschiedenen Belastungen vorherzusagen. Wenn Sie zum Beispiel den Elastizitätsmodul eines Materials kennen können Sie vorhersagen, wie stark es sich unter einer bestimmten Belastung verformt (dehnt oder staucht).
Berührungslose Messung der Längsdehnung & Querdehnung bei einem ZugversuchDas RTSS Videoextensometer kann mit einer Kamera gleichzeitig die Längsdehnung und Querdehnung messen. Für die Längsdehnung wird die Linienmarkierung auf der Probe verwendet. Die Breite der Probe wird über den Probenrand gemessen. Dieses Anwendungsbeispiel zeigt die berührunglose Dehnungsmessung mittels Kamerasystem bei einem Zugversuch. |
Berührunglose Messung von sehr grossen Dehnungen beim Zugversuch an GummiMit dem Dehnungssenor RTSS-Videoextensometer können Dehnungen bis 1000% gemessen werden. Durch die hochauflösenden Kameras wird eine durchgehend hohe Messgenauigkeit erreicht. Das Anwendungsbeispiel zeigt wie mit unseren robusten Bildauswerteverfahren die Echtzeit-Messung von Dehnungen bis 1000% möglich ist. |
Messung der Dehnungsverteilung bei einem Zugversuch an einer CFK ProbeMit dem Q400 DIC System wird die Dehnungsverteilung an einer CFK-Probe mit Bohrung flächenhaft beim Zugversuch gemessen. Dieses Anwendungsbeispiel zeigt den Einsatz des Q400 Bildkorrelationssystem bei Verbundwerkstoffen aus CFK. Das gemessene Dehnungsfeld zeigt dabei unsichtbare Mikrorisse vor dem Bauteilversagen. |
Dehnungsmessung bei einem 3-Punkt-BiegeversuchZwei miteinander verklebte Kunststoffplatten werden in einem 3-Punkte-Biegeversuch belastet. Die Dehnung im Querschnitt wird mittels Q400-Bildkorrelationssystem (DIC) gemessen. Die Abbildungen zeigen die Oberflächendehnung in horizontaler Richtung als Farboverlay sowie den Dehnungsverlauf der Messwerte entlang der vertikalen Linie 1. Das linke Bild zeigt im Farbverlauf Druckdehnung (blau) und Zugdehnung (rot) auf der zusammengeklebten Probe. Nach dem Versagen der Klebung ist die Zug-Druck-Dehnung über die einzelnen Platten verteilt. Dieses Anwendungsbeispiel zeigt anschaulich wie die Dehnung bei einem 3-Punkt-Biegeversuch auf der Bauteiloberfläche verteilt ist. |
Berührungslose Dehnungsmessung mittels DIC an einer Mikro-ZugprobeMittels Q400 DIC System wird die Dehnungsverteilung auf einer Mikro-Zugprobe gemessen. Die Ausgangsprobenlänge beträgt 4mm. Die Messung erfolgt mit Makro-Objektiven. Dieses Anwendungsbeispiel zeigt die Fähigkeit des Q400 Systems auch mit Standard-Makrooptiken die 3D Verformung von sehr kleinen Bauteilen zu messen. |
Messung der Scherdehnung bei einem ScherversuchDas Q400 Bildkorrelationssystem (DIC) misst die Scherdehnung und andere Dehnungskomponenten ortsaufgelöst. Das Video zeigt einen Scherversuch mit der gemessenen Scherdehnung als Farboverlay. Dieses Anwendungsbeispiel zeigt die Lokalisierung der Dehnung in der Mitte der Scherprobe. Scherversuche dienen zur Beurteilung der Scherfestigkeit des Materials. |
Messung des Risswachstum mittels DIC bei einer CT ProbeQ400 DIC System misst die Risslänge bei einer CT Probe unter Zugbelastung. Dieses Anwendungsbeispiel zeigt die Möglichkeit mittels Q400 DIC Risse zu detektieren, Risspitzen zu lokalisieren sowie Rißöffnung und Rißwachstum zu messen. |