Dehnrate Applikationen - Versionsgeschichte

Oluschinski am 8. Januar 2026 um 09:58 Uhr

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	\|Xiao, X.: Dynamic Tensile Testing of Plastic Materials. Polymer Testing 27 (2008) 164–178		\|Xiao, X.: Dynamic Tensile Testing of Plastic Materials. Polymer Testing 27 (2008) 164–178 DOI: [https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2007.09.010 https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2007.09.010]
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	\|Hamouda, A. M. S., Hashmi, M. S. J.: Testing of Composite Materials at High Rates of Strain: Advances and Challenges. Journal of Materials Processing Technology 77 (1998) 327–336		\|Hamouda, A. M. S., Hashmi, M. S. J.: Testing of Composite Materials at High Rates of Strain: Advances and Challenges. Journal of Materials Processing Technology 77 (1998) 327–336 DOI: [https://doi.org/10.1016/S0924-0136(97)00436-6 https://doi.org/10.1016/S0924-0136(97)00436-6]
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	\|[7]		\|[7]
	\|Gensler, R., Plummer, C. J. G., Grein, C., [[Kausch,_Hans-Henning\|Kausch, H.-H.]]: Influence of the Loading Rate on the Fracture Resistance of Isotactic Polypropylene and Impact Modified Isotactic Polypropylene. Polymer 41 (2000) 3809–3819		\|Gensler, R., Plummer, C. J. G., Grein, C., [[Kausch,_Hans-Henning\|Kausch, H.-H.]]: Influence of the Loading Rate on the Fracture Resistance of Isotactic Polypropylene and Impact Modified Isotactic Polypropylene. Polymer 41 (2000) 3809–3819 DOI: [https://doi.org/10.1016/S0032-3861(99)00593-5 https://doi.org/10.1016/S0032-3861(99)00593-5]
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	\|Beguelin, P., [[Kausch,_Hans-Henning\|Kausch, H. H.]]: The Effect of the Loading Rate on the Fracture Toughness of Poly(methyl methacrylate), Polyacetal, Polyetheretherketone and modified PVC. Journal Materials Science 29 (1994) 91–98		\|Beguelin, P., [[Kausch,_Hans-Henning\|Kausch, H. H.]]: The Effect of the Loading Rate on the Fracture Toughness of Poly(methyl methacrylate), Polyacetal, Polyetheretherketone and modified PVC. Journal Materials Science 29 (1994) 91–98 DOI: [https://doi.org/10.1007/BF00356577 https://doi.org/10.1007/BF00356577]
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	\|[11]		\|[11]
	\|Karger-Kocsis, J., Benevolenski, O. I., Moskala, E. J.: Toward Understanding the Stress Oscillation Phenomenom in Polymers due to Tensile Impact Loading. Journal Materials Science 36 (2001) 3365–3371		\|Karger-Kocsis, J., Benevolenski, O. I., Moskala, E. J.: Toward Understanding the Stress Oscillation Phenomenom in Polymers due to Tensile Impact Loading. Journal Materials Science 36 (2001) 3365–3371 DOI: [https://doi.org/10.1023/A:1017935323058 https://doi.org/10.1023/A:1017935323058]
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Loeffler-Kamann am 7. Oktober 2024 um 10:44 Uhr

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	<span style="font-size:1.2em;font-weight:bold;">Dehnrate Applikationen</span>		<span style="font-size:1.2em;font-weight:bold;">Dehnrate Applikationen</span>

	~~'''siehe auch: [[Dehnrate Grundlagen]]'''~~
	__FORCETOC__		__FORCETOC__
	==Allgemeines==		==Allgemeines==
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	Zur Bestimmung des [[Elastizitätsmodul]]s wurden am Beispiel von Polypropylen [[Einachsiger Spannungszustand\|uniaxiale]] [[Zugversuch]]e im Geschwindigkeitsbereich von 0,0001 m/s bis 8 m/s und im Temperaturbereich von -10 °C bis 40 °C durchgeführt.		Zur Bestimmung des [[Elastizitätsmodul]]s wurden am Beispiel von Polypropylen [[Einachsiger Spannungszustand\|uniaxiale]] [[Zugversuch]]e im Geschwindigkeitsbereich von 0,0001 m/s bis 8 m/s und im Temperaturbereich von -10 °C bis 40 °C durchgeführt.

			==Siehe auch==
			*[[Dehnrate Grundlagen]]
			*[[Deformationsgeschwindigkeit]]
			*[[Verformungsgeschwindigkeit]]
			*[[Traversengeschwindigkeit]]
			*[[Prüfgeschwindigkeit]]

Oluschinski am 23. März 2023 um 10:37 Uhr

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	\|Bardenheier, R., Borsutzki, M.: Anforderungen an Hochgeschwindigkeitsprüfsysteme zur Ermittlung von Kennwerten an Blechwerkstoffen. In: Buchholz, O.W., Geisler, S. (Hrsg.): Herausforderung durch den industriellen Fortschritt – Tagungsband Werkstoffprüfung (2003) 78–87 (ISBN: 3-514-00703-9; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter M 11)		\|Bardenheier, R., Borsutzki, M.: Anforderungen an Hochgeschwindigkeitsprüfsysteme zur Ermittlung von Kennwerten an Blechwerkstoffen. In: Buchholz, O.W., Geisler, S. (Hrsg.): Herausforderung durch den industriellen Fortschritt – Tagungsband Werkstoffprüfung (2003) 78–87 (ISBN 978-3-514-00703-1; ISBN 3-514-00703-9; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter M 11)
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	\|[9]		\|[9]

Oluschinski am 28. November 2022 um 07:34 Uhr

2022-11-28T07:34:57Z

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	\|Schoßig, M.: ~~Bewertung der~~ Schädigungsmechanismen ~~von kurzglasfaserverstärkten Polyolefinen durch simultane Aufzeichnung der Schallemissionen unter quasistatischer~~ und ~~dynamischer Beanspruchung~~. Vieweg+Teubner \| GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden (2010)		\|Schoßig, M.: Schädigungsmechanismen in faserverstärkten Kunststoffen – Quasistatische und dynamische Untersuchungen. Vieweg+Teubner / GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden (2010), (siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter B 1-21) [https://www.polymerservice-merseburg.de/fileadmin/inhalte/psm/veroeffentlichungen/Schossig_Promotion_Inhaltsverzeichnis.pdf Inhaltsverzeichnis als pdf]
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	\|Keuerleber, M.: Bestimmung des Elastizitätsmoduls von Kunststoffen bei hohen Dehnraten am Beispiel von Polypropylen (PP). Dissertation Universität Stuttgart, Institut für Kunststoffprüfung und Kunststoffkunde, Stuttgart, August (2006) (siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter C 35)		\|Keuerleber, M.: Bestimmung des Elastizitätsmoduls von Kunststoffen bei hohen Dehnraten am Beispiel von Polypropylen (PP). Dissertation Universität Stuttgart, Institut für Kunststoffprüfung und Kunststoffkunde, Stuttgart, August (2006) (siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter C 35), [https://www.deutsche-digitale-bibliothek.de/item/GUWDXAPY36IG3YVL63GNFYJZC3RER3KJ?isThumbnailFiltered=true&query=Bestimmung+des+Elastizit%C3%A4tsmoduls+von+Kunststoffen+bei+hohen+Dehnraten&rows=20&offset=0&viewType=list&firstHit=GUWDXAPY36IG3YVL63GNFYJZC3RER3KJ&lastHit=lasthit&hitNumber=1 siehe Deutsche Digitale Bibliothek]
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Reincke am 16. Februar 2018 um 13:39 Uhr

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	\|Elektromechanische Universalprüfmaschine		\|Elektromechanische [[Materialprüfmaschine\|Universalprüfmaschine]]
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	\|0,1–100		\|0,1–100
	\|'''Servohydraulische Prüfmaschine'''		\|'''[[Servohydraulische Prüfmaschine]]'''
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	\|0,1–500		\|0,1–500
	\|''Cam plastometer,'' Fallversuch		\|''Cam plastometer,'' [[Schlagbeanspruchung Fallbolzensystem\|Fallversuch]]
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	Bei [[Dehnrate Grundlagen\|Dehnraten]] größer als 1 s<sup>-1</sup> treten Schwingungen auf, die den Informationsgehalt der [[Zugversuch#Zugversuch, Spannungs-Dehungs-Diagramm\|Spannungs-Dehnungs-Kurven]] mindern und die Auswertung komplizierter machen. Diese Schwingungen sind auf die schlagartige Einleitung der Energie in den Prüfkörper zurückzuführen und werden maßgeblich von der gesamten [[Materialprüfmaschine\|Prüfmaschine]] sowie vom Dämpfungsverhalten des Werkstoffes beeinflusst [3, 10, 11] und sind in [[Hochgeschwindigkeitszugversuch\|'''Hochgeschwindigkeitszugversuchen''']] nicht vermeidbar.		Bei [[Dehnrate Grundlagen\|Dehnraten]] größer als 1 s<sup>-1</sup> treten Schwingungen auf, die den Informationsgehalt der [[Zugversuch#Zugversuch, Spannungs-Dehungs-Diagramm\|Spannungs-Dehnungs-Kurven]] mindern und die Auswertung komplizierter machen. Diese Schwingungen sind auf die [[Schlagbeanspruchung Kunststoffe\|schlagartige]] Einleitung der Energie in den Prüfkörper zurückzuführen und werden maßgeblich von der gesamten [[Materialprüfmaschine\|Prüfmaschine]] sowie vom Dämpfungsverhalten des Werkstoffes beeinflusst [3, 10, 11] und sind in [[Hochgeschwindigkeitszugversuch\|'''Hochgeschwindigkeitszugversuchen''']] nicht vermeidbar.

	==Reflektierte Spannungswelle==		==Reflektierte Spannungswelle==
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	\|c		\|c
	\|		\|
	\|Geschwindigkeit der elastischen Spannungswelle		\|[[Geschwindigkeit]] der elastischen Spannungswelle
	\|-		\|-
	\|v<sub><sub>T</sub></sub>		\|v<sub><sub>T</sub></sub>
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	\|E<sub><sub>T</sub></sub>		\|E<sub><sub>T</sub></sub>
	\|width="15px" \|		\|width="15px" \|
	\|Elastizitätsmodul		\|[[Elastizitätsmodul]]
	\|-		\|-
	\|<math>\rho</math>		\|<math>\rho</math>
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	Zur Simulation des Werkstoffverhaltens bei [[Schlagbeanspruchung Hochgeschwindigkeitsprüfung\|hochdynamischer]] [[Beanspruchung]] werden [[Werkstoffkennwert\|Kennwerte]] benötigt, die eine Vorhersage des Crashverhaltens ermöglichen. Mit einer prüftechnisch relativ einfach zu bestimmenden [[Werkstoffkenngröße\|Kenngröße]], dem [[Elastizitätsmodul]], beschäftigt sich die Dissertation von M. Keuerleber [13].		Zur Simulation des Werkstoffverhaltens bei [[Schlagbeanspruchung Hochgeschwindigkeitsprüfung\|hochdynamischer]] [[Beanspruchung]] werden [[Werkstoffkennwert\|Kennwerte]] benötigt, die eine Vorhersage des Crashverhaltens ermöglichen. Mit einer prüftechnisch relativ einfach zu bestimmenden [[Werkstoffkenngröße\|Kenngröße]], dem [[Elastizitätsmodul]], beschäftigt sich die Dissertation von M. Keuerleber [13].

	Zur Bestimmung des [[Elastizitätsmodul]]s wurden am Beispiel von Polypropylen uniaxiale [[Zugversuch]]e im Geschwindigkeitsbereich von 0,0001 m/s bis 8 m/s und im Temperaturbereich von -10 °C bis 40 °C durchgeführt.		Zur Bestimmung des [[Elastizitätsmodul]]s wurden am Beispiel von Polypropylen [[Einachsiger Spannungszustand\|uniaxiale]] [[Zugversuch]]e im Geschwindigkeitsbereich von 0,0001 m/s bis 8 m/s und im Temperaturbereich von -10 °C bis 40 °C durchgeführt.


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	\|Gray-III, G. T., Classic Split-Hopkinson Pressure Bar Testing. In: ASM Handbook, Vol. 8, Mechanical Testing and Evaluation. ASM International (2000) 462–476.		\|Gray-III, G. T.: Classic Split-Hopkinson Pressure Bar Testing. In: ASM Handbook, Vol. 8, Mechanical Testing and Evaluation. ASM International (2000) 462–476
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	\|Keuerleber, M.: Bestimmung des Elastizitätsmoduls von Kunststoffen bei hohen Dehnraten am Beispiel von PP. Dissertation Universität Stuttgart, Institut für Kunststoffprüfung und Kunststoffkunde, Stuttgart, August (2006) (siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter C 35)		\|Keuerleber, M.: Bestimmung des Elastizitätsmoduls von Kunststoffen bei hohen Dehnraten am Beispiel von Polypropylen (PP). Dissertation Universität Stuttgart, Institut für Kunststoffprüfung und Kunststoffkunde, Stuttgart, August (2006) (siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter C 35)
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{{PSM_Infobox}}
Dehnrate Applikationen

'''siehe auch: [[Dehnrate Grundlagen]]'''
__FORCETOC__
==Allgemeines==

Bei vielen Applikationen z. B. im Automobilbau, in der Luft- und Raumfahrttechnik und im Sportbereich können im Werkstoff / im [[Kunststoffbauteil|Bauteil]] hohe Dehnraten bis zu 500 s-1 auftreten [1–3]. Einen Überblick über die Prüfmethoden zur Ermittlung der Werkstoffeigenschaften unter den jeweiligen Beanspruchungsbedingungen mit den realisierbaren Dehnraten gibt '''Tabelle 1'''.
Der SPLIT-HOPKINSON Pressure Bar (SHPB) Test nimmt, seit der Vorstellung des Prinzips im Jahr 1914, bei der Ermittlung des Werkstoffverhaltens unter Dehnraten > 100 s-1 aufgrund seiner vielfältigen Anwendung und ständigen Weiterentwicklung insbesondere auch durch die Realisierbarkeit unterschiedlicher [[Beanspruchung]]sarten eine Vorrangstellung ein [4]. 

{| border="1px" style="border-collapse:collapse"
|+ '''Tabelle 1''': Prüfmethoden zur Werkstoffbeschreibung bei hohen [[Dehnrate Grundlagen|Dehnraten]] [3, 5, 6]
!! style="width:100px; background:#DCDCDC" | Nominale Dehnrate (s-1)
!! style="width:80px; background:#DCDCDC" | Beanspruchungsart
!! style="width:400px; background:#DCDCDC" | Prüftechnik
|-
|<0,1
|rowspan=5 | Druck
|Elektromechanische Universalprüfmaschine
|-
|0,1–100
|'''Servohydraulische Prüfmaschine'''
|-
|0,1–500
|''Cam plastometer,'' Fallversuch
|-
|200–104
|''Split-HOPKINSON Bar'' (Druckbeanspruchung)
|-
|104–105
|Ballistik, Projektile
|-
|<0,1
|rowspan=5 | Zug
|Elektromechanische Universalprüfmaschine
|-
|0,1–100 (300)
|'''Servohydraulische Prüfmaschine'''
|-
|100–104
|''Split-HOPKINSON Bar'' (Zugbeanspruchung) Sprengstoffbeschleunigung:
|-
|104
|Platte (''flyer plate'')
|-
|>105
|Ring (''expanding ring'')
|-
|<0,1
|rowspan=6 | Scherung
|Elektromechanische Universalprüfmaschine
|-
|0,1–100 (300)
|'''Servohydraulische Prüfmaschine'''
|-
|10–103
|Stoßversuch (Torsionsanordnung) (''torsional impact'')
|-
|100–104
|''Split-HOPKINSON Bar'' (Scheranordnung)
|-
|103–104
|Interlaminarer Schertest eines doppelt gekerbten Prüfkörpers (''double-notch shear test'')
|-
|104–107
|''Pressure-shear plate impact''
|}

Im '''Bild''' sind neben den [[Dehnrate Grundlagen|Dehnraten]] auch die charakteristischen Versuchszeiten sowie die in Metallen und [[Kunststoffe]]n (am Beispiel von isotaktischen und schlagzähmodifizierten Polypropylen [7]) ablaufenden Deformationsprozesse dargestellt. Mit modernen [[servohydraulische Prüfmaschine|'''servohydraulischen Prüfmaschinen''']] kann ein Dehnratenbereich von 10-3 bis 10+3 abgedeckt werden [8], was im Bild grau hervorgehoben ist.

[[Datei:Dehnrate_1.jpg|500px]] 
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild''':
|width="600px" |Praktisch relevante, charakteristische Versuchszeiten, Dehnraten sowie [[Deformationsmechanismen]] [9]
|}

Bei [[Dehnrate Grundlagen|Dehnraten]] größer als 1 s-1 treten Schwingungen auf, die den Informationsgehalt der [[Zugversuch#Zugversuch, Spannungs-Dehungs-Diagramm|Spannungs-Dehnungs-Kurven]] mindern und die Auswertung komplizierter machen. Diese Schwingungen sind auf die schlagartige Einleitung der Energie in den Prüfkörper zurückzuführen und werden maßgeblich von der gesamten [[Materialprüfmaschine|Prüfmaschine]] sowie vom Dämpfungsverhalten des Werkstoffes beeinflusst [3, 10, 11] und sind in [[Hochgeschwindigkeitszugversuch|'''Hochgeschwindigkeitszugversuchen''']] nicht vermeidbar.

==Reflektierte Spannungswelle==

Diese Schwingungen sind auf die schlagartige Einleitung der Energie in den [[Prüfkörper]] zurückzuführen und werden maßgeblich von der gesamten [[Materialprüfmaschine|Prüfmaschine]] sowie vom Dämpfungsverhalten des Werkstoffes beeinflusst [3, 10, 11]. In [3] wird als Kriterium der Auswertbarkeit von aufgezeichneten Kurven im mittleren Dehnratenbereich von 1–100 s-1 die Anzahl der elastisch reflektierten Schwingungen N (Gl. 1 und 2) definiert.
{|
|-
|width="20px"|
|width="500px" | <math>N\,=\,\frac{\varepsilon_y \cdot c}{v_T}</math>
|(1)
|}

mit
{|
|-
|εy
|width="15px" |
|Streckdehnung
|-
|c
|
|Geschwindigkeit der elastischen Spannungswelle
|-
|vT
|
|[[Traversengeschwindigkeit]]
|}

{|
|-
|width="20px"|
|width="500px" | <math>c\,=\,\sqrt{ \frac{E_t}{\rho}}</math>
|(2)
|}

mit
{|
|-
|ET
|width="15px" |
|Elastizitätsmodul
|-
|<math>\rho</math>
|
|[[Dichte]]
|}

Die minimale Anzahl von Schwingungen für eine gleichmäßige Spannungsverteilung ist in [12] mit 10 und in Anlehnung an die Auswertung von SHPB-Versuchen (Split-HOPKINSON pressure bar) in [3] mit drei vollständigen Schwingungen angegeben. Bei einer genügend hohen Anzahl kann von einer gleichmäßigen Spannungsverteilung im [[Prüfkörper]] ausgegangen werden, wobei dieser Zustand nicht vergleichbar mit der homogenen Spannungsverteilung im [[Quasistatische Prüfverfahren|quasistatischen]] [[Zugversuch]] ist.

==E-Modul von Kunststoffen bei hohen Dehnraten==

Der Trend im Automobilbau geht zu [[Kunststoffbauteil|Kunststoffbauteilen]], die stoßartigen, hohen dynamischen Beanspruchungen ausgesetzt sind, wie z. B. Airbags, Stoßstangen, Instrumententafeln usw. 
Zur Simulation des Werkstoffverhaltens bei [[Schlagbeanspruchung Hochgeschwindigkeitsprüfung|hochdynamischer]] [[Beanspruchung]] werden [[Werkstoffkennwert|Kennwerte]] benötigt, die eine Vorhersage des Crashverhaltens ermöglichen. Mit einer prüftechnisch relativ einfach zu bestimmenden [[Werkstoffkenngröße|Kenngröße]], dem [[Elastizitätsmodul]], beschäftigt sich die Dissertation von M. Keuerleber [13].

Zur Bestimmung des [[Elastizitätsmodul]]s wurden am Beispiel von Polypropylen uniaxiale [[Zugversuch]]e im Geschwindigkeitsbereich von 0,0001 m/s bis 8 m/s und im Temperaturbereich von -10 °C bis 40 °C durchgeführt.

'''Literaturhinweise'''
{|
|-valign="top"
|[1]
|Bardenheier, R.: Dynamic Impact Testing – VHS High Rate Testing Systems. Instron Ltd., High Wycombe, UK (2005)
|-valign="top"
|[2]
|Thoma, K.: Measurement of Mechanical Parameters in the Range of High and Highest Strain Rates – Examples of Practical Application for a Wide Spectrum of Materials. Report 17/02. Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamic – Ernst-Mach-Institut EMI Freiburg (2002)
|-valign="top"
|[3]
|Xiao, X.: Dynamic Tensile Testing of Plastic Materials. Polymer Testing 27 (2008) 164–178
|-valign="top"
|[4]
|Gray-III, G. T., Classic Split-Hopkinson Pressure Bar Testing. In: ASM Handbook, Vol. 8, Mechanical Testing and Evaluation. ASM International (2000) 462–476.
|-valign="top"
|[5]
|Bardenheier, R., Rogers, G.: Dynamic Impact Testing. Instron Ltd., High Wycombe, UK (2003)
|-valign="top"
|[6]
|Hamouda, A. M. S., Hashmi, M. S. J.: Testing of Composite Materials at High Rates of Strain: Advances and Challenges. Journal of Materials Processing Technology 77 (1998) 327–336
|-valign="top"
|[7]
|Gensler, R., Plummer, C. J. G., Grein, C., [[Kausch,_Hans-Henning|Kausch, H.-H.]]: Influence of the Loading Rate on the Fracture Resistance of Isotactic Polypropylene and Impact Modified Isotactic Polypropylene. Polymer 41 (2000) 3809–3819
|-valign="top"
|[8]
|Bardenheier, R., Borsutzki, M.: Anforderungen an Hochgeschwindigkeitsprüfsysteme zur Ermittlung von Kennwerten an Blechwerkstoffen. In: Buchholz, O.W., Geisler, S. (Hrsg.): Herausforderung durch den industriellen Fortschritt – Tagungsband Werkstoffprüfung (2003) 78–87 (ISBN: 3-514-00703-9; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter M 11)
|-valign="top"
|[9]
|Schoßig, M.: Bewertung der Schädigungsmechanismen von kurzglasfaserverstärkten Polyolefinen durch simultane Aufzeichnung der Schallemissionen unter quasistatischer und dynamischer Beanspruchung. Vieweg+Teubner | GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden (2010)
|-valign="top"
|[10]
|Beguelin, P., [[Kausch,_Hans-Henning|Kausch, H. H.]]: The Effect of the Loading Rate on the Fracture Toughness of Poly(methyl methacrylate), Polyacetal, Polyetheretherketone and modified PVC. Journal Materials Science 29 (1994) 91–98
|-valign="top"
|[11]
|Karger-Kocsis, J., Benevolenski, O. I., Moskala, E. J.: Toward Understanding the Stress Oscillation Phenomenom in Polymers due to Tensile Impact Loading. Journal Materials Science 36 (2001) 3365–3371
|-valign="top"
|[12]
|Society of Automotive Engineers Japan (SAE J) 2749 (2008): High Strain Rate Testing of Polymers
|-valign="top"
|[13]
|Keuerleber, M.: Bestimmung des Elastizitätsmoduls von Kunststoffen bei hohen Dehnraten am Beispiel von PP. Dissertation Universität Stuttgart, Institut für Kunststoffprüfung und Kunststoffkunde, Stuttgart, August (2006) (siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter C 35)
|}

[[Kategorie:Deformation]]
[[Kategorie:Geschwindigkeit]]
[[Kategorie:Zugversuch]]