Wie sich Hartschaum-Bauteile sicher auslegen lassen

Wie sich Hartschaum-Bauteile sicher auslegen lassen

Um Hartschaum-Bauteile anhand ihrer Materialeigenschaften sicher modellieren zu können, bedarf es hydrostatischer Zug- und Druckversuche. Die Daten aus diesen Tests sind unerlässlich, um das Materialversagen in der Anwendung auszuschließen. Allerdings fehlen bewährte Verfahren für multiaxiale Prüfungen harter Schäume.

Beispielsweise seien plausible Prüfvorschriften für den hydrostatischen Zugversuch nicht bekannt, und der equibiaxiale Zugversuch sei sehr aufwendig in der Durchführung, so das Fraunhofer LBF, das deshalb einen equibiaxialen und einen hydrostatischen Druckversuch aufgebaut hat. Die Ergebnisse dieser Versuche sorgen zusammen mit uniaxialen Zug- und Druckversuchen sowie Torsionsversuchen für eine zuverlässige Modellierung und plausible Extrapolationen, die eine Abschätzung der nicht verfügbaren Daten aus dem hydrostatischen Zugversuch ermöglichen.

Umschlingungstest für neue 2D-Druckuntersuchung: Die Schlaufe mit der Probe wird mit der „Brücke“ nach unten in die Backen der Prüfmaschine eingesetzt. (Quelle: Fraunhofer LBF)

Die equibiaxiale Druckbelastung wird in einer konventionellen Zugprüfmaschine mit einer Kreisscheibe als Probengeometrie und einer Blechschleife zum Belastungsaufbringen realisiert. Der Aufwand ist vergleichbar mit den Standard-Zugversuchen. Der 2D-Druckversuch stellt eine effektive Methode zur ersten Abschätzung des Materialverhaltens dar. Für eine genaue Modellierung ist jedoch ein hydrostatischer Druckversuch unerlässlich.

Unter hydrostatischem Druck versagen zum einen die Zellen und zum anderen kommt es zum hydrostatischen Kollaps der Gesamtstruktur. Die Forschenden haben deshalb eine neue Prüfmethode auf mehrere polymere Hartschäume angewendet. Für eine zuverlässige Modellierung von Materialien – beispielsweise harte polymere und keramische Schäume, Porenbeton, Boden, gesinterte und granulare Materialien – ist der hydrostatische Druckversuch zwingend erforderlich. Die Materialeigenschaften aus dieser Prüfung können nicht aus den Daten der Zug-, Druck- und Torsionsprüfung berechnet werden. Unter anderem ist der Kompressionsmodul des elastischen Verhaltens ein Ergebnis dieser der hydrostatische Druckversuche.

Mit den neuen Methoden können Bauteile, die harte Schäume enthalten, zuverlässiger und kostengünstiger ausgelegt werden. Es können sichere Entscheidungen über die Materialwahl für bestimmte Anwendungen getroffen werden.

Bild oben: Druckkammer für hydrostatische Untersuchungen mit einer vakuumverpackten Probe. Diese ist mit Gummibändern fixiert. (Quelle: Fraunhofer LBF)


Quelle und weitere Infos: Pressemitteilung

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