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Werkstoffmechanische Prüfung

Mechanics of Materials Testing

In der Arbeitsgruppe Werkstoffmechanische Prüfung wird die mechanische Charakterisierung von Werkstoffen als wissenschaftlich-technische Dienstleistung für alle Abteilungen des Instituts angeboten. Es werden Werkstoffuntersuchungen bei beliebigen Belastungen unter einachsiger und biaxialer Beanspruchung durchgeführt. Messungen sind an Luft, im Vakuum und in korrosiver Umgebung im Temperaturbereich von -40°C bis + 1400°C möglich. Derzeit wird eine Apparatur für die Prüfung bei Temperaturen bis -140°C aufgebaut.

Durch die enge Zusammenarbeit mit den Abteilungen des Instituts liegt der Schwerpunkt der Arbeiten bei betriebsnahen Ermüdungs- und Bruchmechanikuntersuchungen mit folgenden Themen:

• Untersuchungen zum Rissausbreitungsverhalten mit der Bestimmung der Rissinitiierung, Ermittlung des Schwellenwertes der Rissausbreitung ΔK_th, Aufnahme von da/dN - ΔK-Kurven, Bestimmung von Risswiderstandskurven und des kritischen Spannungsintensitätsfaktors K_C.
• Spannungs- und dehnungskontrollierte Schwingfestiguntersuchungen an unverstärkten und SiC-faserverstärkten Titanlegierungen.
• Charakterisierung von reib-rührgeschweißten Al-Legierungen mit Ermittlung der statischen Festigkeit (mit ortsaufgelöster Dehnungsmessung), des Schwingfestigkeits- und des Rissausbreitungsverhaltens.
• Untersuchungen der thermischen Ermüdung von Schichtsystemen. Hierzu wurde eine Schichtenprüfanlage mit Spiegelofen entwickelt, in der beschichtete Proben einer zyklischen thermischen und mechanischen Belastung ausgesetzt werden. Zusätzlich können die verwendeten hohlen Proben von innen gekühlt werden um unterschiedliche mehrachsige Spannungszustände in den Probenwandungen zu erzielen.

Alle Dienstleistungen werden auch in Kooperationen mit Hochschulen und anderen Forschungsinstitutionen, im Rahmen von EU-Projekten und in Zusammenarbeit mit industriellen Partnern angeboten. In Zusammenarbeit wurden folgende spezielle Untersuchungen durchgeführt:

• Rissausbreitungsuntersuchungen bei Temperaturen bis 900°C an Hochtemperaturlegierungen und Einkristallwerkstoffen, die als Turbinenwerkstoffe eingesetzt werden.
• Untersuchungen des Fließverhaltens von Stahl- und Aluminiumtiefziehwerkstoffen. Mit Hilfe von umfangreichen Versuchsserien mit verschiedenen biaxialen Belastungsverhältnissen und einer Vielzahl von Lastpfaden wurden komplette Fließortkurven für den Zug-Zug- und den Druck- Druck-Bereich bestimmt. Diese Fließortkurven bildeten die Basis für die numerische Simulation des Tiefziehprozesses dieser Werkstoffe.
• Ermittlung des Verformungsverhaltens von Silizium-Einkristallen im Temperaturbereich von 800°C bis 1100°C als Grundlage für die Berechnung der Durchbiegung bei der Alterung von großen SI-Wafern.
• Ermittlung der Rissinitiierung und der Rissausbreitung an mehrreihig genieteten flächigen Prüfblechen unter biaxialer Belastung. Die Nietreihen waren in einem Fall parallel und orthogonal zur Belastungsrichtung angeordnet. Die Beanspruchungen entsprachen damit denen in einer Längsnaht in einem Flugzeugrumpf. In einem weiteren Fall waren die Nietreihen schräg zu den Belastungsrichtungen angeordnet. Dadurch ergaben sich zusätzliche Scherbeanspruchungen in den Prüfbleche, so wie sie im Bereich des Flügelanschlusses an den Rumpf auftreten.

Alle Tätigkeiten in der Arbeitsgruppe werden von einem kompetentem Ingenieur- und Technikerteam ausgeführt, das langjährige Erfahrung mit der Entwicklung und dem Aufbau von Mess- und Prüfapparaturen, der Applikation von DMS auf Proben und Dehnungsaufnehmern, der Durchführung von einfachen und komplizierten Versuchen und der Versuchsauswertung hat.