Neuartige ebene Torsionsprobe zur Charakterisierung von Schädigung und Verfestigung - gekrümmte Bleche und Bauteile

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. A. Erman Tekkaya
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 327544970

Für eine genaue numerische Analyse der Umformung von Blechen, Rohren und Bauteilen sind genaue Materialkennwerte eine Grundvoraussetzung. Versuche für die Materialcharakterisierung müssen folgende Anforderungen erfüllen: (1) Die exakte Ermittlung von Spannungs-Formänderungs-Werten aus den reinen Messwerten wie Kraft und Verschiebungen und (2) die Ermittlung der Kennwerte bis zu hohen wahren Formänderungen (in der Blechumformung bis 1). Durch die heute mögliche optische Dehnungsmessung reduziert sich die Anforderung (1) zur korrekten Ermittlung der Spannungen aus den Kraftmessungen. Dies kann durch einen homogenen Spannungszustand realisiert werden. Die Einhaltung des homogenen Spannungszustandes ist eine wichtige Verfahrensgrenze bei den Zug-, Druck- und den klassischen Scherversuchen, womit die Anforderung, (2) eine hohe Formänderung zu erreichen, nicht erfüllt werden kann. Damit eignen sich die meisten Versuche nicht für die Ermittlung einer repräsentativen Bruchdehnung.Der ebene Torsionsversuch hat herausragende Eigenschaften für die Materialcharakterisierung von Blechen: Die Schubspannung ist homogen über eine Ringfläche und kann eindeutig aus dem gemessenen Moment berechnet werden. Damit ist der ebene Torsionsversuch der einzige Versuch mit einer „reinen“ Schubbeanspruchung. Aufgrund beherrschbarer Instabilitäten und fehlender Reibungseinflüsse können darüber hinaus hohe Formänderungen erreicht werden. Die nicht direkt aus dem Verdrehwinkel messbare Dehnung kann heute sehr genau mithilfe der optischen Dehnungsmessung ermittelt werden und erlaubt damit vollkommen neue Möglichkeiten. Aus diesem Grund ist der ebene Torsionsversuch auch für die Ermittlung der kinematischen Verfestigung hervorragend geeignet. Die Anwendung des ebenen Torsionsversuchs auf gekrümmte Bleche und Bauteile konnte ebenfalls erfolgreich nachgewiesen werden. Für gekrümmte Proben gibt es allerdings zusätzliche Herausforderungen in Bezug auf die geeignete Klemmung, die Inhomogenität des Spannungszustands und der Auswertung von Spannungen und Dehnungen im Versuch.In diesem Forschungsvorhaben soll das Probenspektrum des ebenen Torsionsversuchs maßgeblich erweitert werden. Aufbauend auf den Ergebnissen und neuen Erkenntnissen der ersten Förderperiode soll die Anwendung des ebenen Torsionsversuchs auf gekrümmte Bleche und Bauteile erforscht werden. Die dadurch erwarteten Vorteile sind:1. die exakte lokale Ermittlung der Festigkeit und Fließkurve an gekrümmten Blechen, Bauteilen und Rohren, 2. die exakte Ermittlung der Bruchdehnung unter Scherung,3. die Möglichkeit, die kinematische Verfestigung für gekrümmte Proben zu ermitteln.Die Forschungstätigkeiten umfassen das Verständnis der Auswirkungen der Probenkrümmung und der Probenwerkstoffeigenschaften auf die Messergebnisse, die Entwicklung einer geeigneten Auswertemethode und die Umsetzung des neuen Versuches für flexible Probenformen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professor Dr.-Ing. Till Clausmeyer; Dr.-Ing. Rickmer Meya; Dr.-Ing. Heinrich Traphöner