Hochgeschwindigkeits prüfsysteme

Broschüre
Bei Hochgeschwindigkeitsversuchen (High-Strain-Rate-Tests) wird untersucht, wie Werkstoffe auf schnelle und intensive Belastungen reagieren, wobei extreme Ereignisse wie Autounfälle und Aufpralle in der Luft- und Raumfahrt nachgestellt werden. Die STEP Lab-Systeme für Hochgeschwindigkeitsversuche umfassen: Linearantriebe, Falltürme und Hochgeschwindigkeits-Rotationssysteme.
Merkmale

Max Belastung: 120 kN
Max Geschwindigkeit: 35 m/s

Prüfart

Hohe Geschwindigkeit
Kompression
Zugkraft
Aufprall

Anwendungen

Kunststoffe
Metalle
Verbundwerkstoffe

Hochgeschwindigkeits prüfsysteme

Broschüre
Bei Hochgeschwindigkeitsversuchen (High-Strain-Rate-Tests) wird untersucht, wie Werkstoffe auf schnelle und intensive Belastungen reagieren, wobei extreme Ereignisse wie Autounfälle und Aufpralle in der Luft- und Raumfahrt nachgestellt werden. Die STEP Lab-Systeme für Hochgeschwindigkeitsversuche umfassen: Linearantriebe, Falltürme und Hochgeschwindigkeits-Rotationssysteme.
Merkmale

Max Belastung: 120 kN
Max Geschwindigkeit: 35 m/s

Prüfart

Hohe Geschwindigkeit
Kompression
Zugkraft
Aufprall

Anwendungen

Kunststoffe
Metalle
Verbundwerkstoffe

Hochgeschwindigkeitsversuche zur Verformung

Die STEP Lab-Systeme für hohe Verformungsgeschwindigkeiten sind darauf ausgelegt, Zug- und Druckversuche flexibel durchzuführen – dank ihrer hohen Geschwindigkeit von bis zu 35 m/s und des breiten Kraftbereichs von wenigen Newton bis zu 120 kN. Darüber hinaus kann eine Klimakammer hinzugefügt werden, um Materialien bei unterschiedlichen Temperaturen zu prüfen.

Mit ihrer hervorragenden Leistung simulieren unsere Systeme extreme Bedingungen für Metalle, Kunststoffe und Verbundwerkstoffe und gewährleisten die Einhaltung internationaler Normen wie ASTM D3763, ASTM D638-5 und ISO 8256-2.

  • Auch für HCF-Tests (High Cycle Fatigue) ausgelegt
  • Integration mit Hochgeschwindigkeitskameras und DIC-Software (Digital Image Correlation)
  • Hochgradig wiederholbare und zuverlässige Prüfungen
  • Konfiguration mit einem oder mehreren Aktuatoren
  • Umfangreiches Zubehörsortiment (Klimakammer, Rückprallschutzsysteme, Hochenergiesysteme)
  • Spezielle Spannvorrichtungen und Greifer, die speziell für Prüfungen mit hoher Dehnungsgeschwindigkeit entwickelt wurden
  • Geringer Energieverbrauch, geringer Wartungsaufwand
  • Charakterisierung von Metallen, Verbundwerkstoffen und Polymeren, von quasi-statischen Bedingungen bis zu Dehnungsraten von 1000/s
  • Kumulative Schäden an Luft- und Raumfahrtkomponenten, die Hochgeschwindigkeitsaufprallen ausgesetzt sind
  • Aufprall bei einem Autounfall (Crashtest)
  • Zugversuche mit Stoßbelastung an Fallschirmseilen und Sicherheitsgurten
  • Gewichtsreduzierung von Bauteilen
  • Sportausrüstung und Schutzausrüstung
  • Charakterisierung des dynamischen Verhaltens fortschrittlicher Werkstoffe
  • ASTM D3763
  • ASTM D638-5
  • ISO 8256-2
  • ISO 6603-2
  • ISO 26203-2
  • ISO 18872
  • ISO 11343
  • SAE International J2749

TECHNOLOGIEN FÜR PRÜFUNGEN MIT HOHER DEHNUNGSGESCHWINDIGKEIT

ELEKTRODYNAMISCHE MASCHINEN

  • Maximale Geschwindigkeit: 8 m/s
  • Dynamische Kraft bis zu 120 kN
  • Regelung im geschlossenen Regelkreis

FALLTÜRME FÜR AUFPRALLTESTS

  • Maximale Geschwindigkeit: 24 m/s
  • Aufprallenergie bis zu 2000 J
  • Individuell anpassbarer
    Testbereich

HOCHGESCHWINDIGKEITS-DREHSYSTEM

  • Maximale Geschwindigkeit: 35 m/s
  • Spitzenkraft bis zu 50 kN
  • Standardausführung und verstärkte Ausführung

ELEKTRODYNAMISCHE MASCHINEN

Zur Durchführung von Prüfungen mit hoher Dehnungsgeschwindigkeit an den Baureihen HUD und XUD wurde ein spezielles System entwickelt, das aus speziellen Spannbacken mit Spieladapter besteht, der erforderlich ist, um die Prüfgeschwindigkeit vor dem Aufprall auf den Prüfkörper zu erreichen. Kompatibel mit Prüfkörpern gemäß ISO 8256.

  • Vielseitige Prüfmaschine, die auch für zahlreiche andere Anwendungen eingesetzt werden kann (Hoch- und Niedrigzyklus-Ermüdungsprüfungen, Bruchmechanik, allgemeine mechanische Prüfungen)
  • Regelung im geschlossenen Regelkreis, die es ermöglicht, die eingestellte Geschwindigkeit konstant zu halten
  • Einfache Einrichtung, die es dem Anwender ermöglicht, zahlreiche Prüfungen problemlos durchzuführen
  • Kraftaufnahme über eine piezoelektrische Wägezelle, einen Verstärker und eine spezielle Erfassungskarte
Forward Forward HUD-XUD-Linearsysteme

FALLTÜRME FÜR Schlagprüfungen

Der Fallturm ist die flexibelste Lösung für Schlagprüfungen, wobei das High-Strain-Rate-Testing nur eine der möglichen Anwendungen darstellt.

  • Maximale Aufprallenergie: bis zu 2000 J
  • Aufprallgeschwindigkeit: von 0,2 m/s bis zu 24 m/s (mit zusätzlichem Beschleunigungssystem)
  • Großer und gut zugänglicher Prüfbereich (500 × 400 × 900 mm)
  • Intuitive Benutzeroberfläche mit automatisiertem Anheben, Positionieren und Absenken des Gewichts
  • Abtastfrequenz des Lastsignals bis zu 3,5 MHz bei 16 Bit
  • Hoher Anpassungsgrad, von den Abmessungen des Prüfbereichs bis hin zu den Softwarefunktionen
  • Möglichkeit der Integration mit speziellem Zubehör
Forward Forward Schlagprüfsysteme

HOCHGESCHWINDIGKEITS-ROTATIONSSYSTEM

Die Rotationsmaschine STEP Lab wurde speziell für Prüfungen bei höchsten Geschwindigkeiten entwickelt. Die Trägheit des Schwungrades (Flywheel) ermöglicht es, die Geschwindigkeit während des gesamten Aufpralls nahezu konstant zu halten – ein entscheidender Vorteil für die Wiederholbarkeit der Prüfungen. Das System verfügt über eine piezoelektrische Wägezelle, die direkt in die Probenhalterung integriert ist, sowie eine Datenerfassung mit bis zu 3,5 MHz, um selbst schnellste Ereignisse präzise zu erfassen.

  • Maximale Geschwindigkeit: bis zu 35 m/s
  • Maximale Spitzenkraft: 10 kN (Standardausführung), bis zu 50 kN (verstärkte Ausführung)
  • Datenerfassung bis zu 3,5 MHz
Forward Forward Kontaktieren Sie uns für maßgeschneiderte Systeme

MERKMALE

Völlig wartungsfrei

Hohe Zuverlässigkeit

Hohe Effizienz

Breiter Einsatzbereich

Einfache Installation

Datenerfassung und -analyse

Bei allen drei Lösungen wird die Belastung über eine piezoelektrische Wägezelle erfasst. Die Verformung hingegen lässt sich bei den auftretenden Geschwindigkeiten nicht mit einem herkömmlichen Dehnungsmessstreifen messen; daher wird die Hochgeschwindigkeitsbildgebung in Kombination mit der DIC-Analyse (Digital Image Correlation) eingesetzt.

Verwendete Hardware und Software

  • Photron-Hochgeschwindigkeitskamera (NOVA-Serie): 1024 × 1024 px bei 16.000 fps; bis zu 100.000 fps bei 384 × 256 px; bis zu 300.000 fps bei 128 × 128 px
  • DIC-Analysesoftware „Alpha by X-Sight“: ermittelt die Verformungsdaten aus einer Bildsequenz mit berührungslosen Verschiebungsmessungen in 2D und 3D

Der Aufprallpunkt des Prüflings muss gut ausgeleuchtet sein (spezielle LED-Leuchten), um eine gute Bildqualität und damit eine zuverlässige Analyse zu gewährleisten.

So funktioniert die Verarbeitung

Während des Tests werden zwei Datenströme parallel erfasst, die über den Testcontroller synchronisiert werden: das Lastsignal und das Hochgeschwindigkeitsvideo. Das Videomaterial wird für die DIC-Analyse in einzelne Einzelbilder umgewandelt. Dabei wird ein Punkt (Subset) im Bild markiert und über die gesamte Sequenz hinweg verfolgt, wodurch die Verformungsdaten (tatsächliche oder technische Dehnung) für jeden Punkt des Prüfkörpers ermittelt werden. Durch die Kombination von Belastung und Verformung wird die Spannungs-Dehnungs-Kurve des Materials bei der gewählten Prüfgeschwindigkeit erstellt.

Erfahren Sie mehr über Photron

Fallturm – DW2000

Hochgeschwindigkeitskamera – Photron NOVA

HÄUFIG GESTELLTE FRAGEN

Der Hochgeschwindigkeits-Verformungstest besteht darin, eine sehr schnelle Belastung auf ein Material oder ein Bauteil auszuüben und es dabei innerhalb von Millisekunden statt Sekunden zusammenzudrücken oder zu dehnen, um extreme Ereignisse wie Verkehrsunfälle, Explosionen oder ballistische Einschläge zu simulieren. Damit lässt sich messen, wie sich Materialien bei hoher Geschwindigkeit im Vergleich zu einer langsamen, nahezu statischen Belastung unterschiedlich verhalten.

Tests mit hoher Verformungsgeschwindigkeit simulieren reale Aufprallereignisse, bei denen die Verformung innerhalb von Millisekunden erfolgt, wie beispielsweise Autounfälle, Explosionen oder ballistische Einschläge. Ohne diese Tests hätten Konstrukteure nur Daten aus langsamen Belastungen und könnten das Materialverhalten in realen Gefahrenszenarien nicht genau vorhersagen, wodurch die Gefahr bestünde, Schäden zu unterschätzen oder den Schutz zu überschätzen.

Bei hohen Verformungsgeschwindigkeiten werden Werkstoffe oft steifer und fester, aber auch spröder, sodass sie vor dem Bruch weniger Energie aufnehmen als derselbe Werkstoff unter langsamer Belastung. Dieses geschwindigkeitsabhängige Verhalten ist für sicherheitskritische Anwendungen von entscheidender Bedeutung, wie beispielsweise beim Aufprallschutz in Fahrzeugen, bei Panzerungen und Schutzausrüstungen, wo Daten zu langsam belasteten Werkstoffen allein zu irreführenden Vorhersagen führen würden.

Bei einem quasi-statischen Test wird die Belastung langsam (über Sekunden oder Minuten) aufgebracht und die Festigkeit sowie die Bruchdehnung des Materials unter idealen Bedingungen gemessen. Bei einer Prüfung mit hoher Verformungsgeschwindigkeit wird dieselbe Belastung innerhalb von Millisekunden aufgebracht, und das Material verhält sich anders: Oft wird es steifer und widerstandsfähiger, aber auch spröder und nimmt weniger Energie auf, bevor es bricht. Würde man diesen Unterschied ignorieren, würde dies zu falschen Vorhersagen bei Sicherheitsplanungen führen.

Hochgeschwindigkeits-Verformungstests werden bei der Simulation von Autounfällen, bei der Aufprallanalyse in der Luft- und Raumfahrt, bei der Zertifizierung von Schutzausrüstung (Helme, kugelsichere Westen), bei der Entwicklung von Explosions- und Geschossschutz, bei der Konstruktion von Sportgeräten sowie in der Materialforschung für Anwendungen eingesetzt, bei denen Aufpralle oder explosive Belastungen ein konkretes Risiko darstellen.

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