IKV: Bauteilanalyse bei Crashbeanspruchungen

An der Schnellzerreißmaschine des IKV installiertes optisches 3D-Hochgeschwindigkeits-Verformungsmesssystem (Bild: IKV)

Das Thema „Bauteilanalyse bei Crashbeanspruchungen“ ist ein besonderes Highlight des diesjährigen IKV-Kolloquiums.

Die bei einer Crashbelastung auftretenden Geschwindigkeiten können mehrere Meter/Sekunde betragen. Um Kenntnis über das Verformungsverhalten von Kunststoffen bei diesen hohen Belastungsgeschwindigkeiten zu erlangen, führt das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) an der RWTH Aachen auf servohydraulischen Prüfmaschinen Hochgeschwindigkeitszugversuche an Schulterstäben durch. Dabei kommt die berührende Dehnungsmessung als Prüfmethode nicht in Betracht, da die Beschleunigungen im Schulterstab sehr hoch sind. Die berührenden Messarme könnten beschädigt werden oder durch Wechselwirkungen mit diesen könnte das Messergebnis verfälscht werden. Das IKV setzt deshalb die optische Verformungsmessung ein, um somit zu einer präzisen Aussage über das lokale, zeitliche Dehnungsverhalten zu gelangen. Bei dieser Messtechnik erfolgt die Dehnungsmessung berührungslos. Dazu wird die Verformung eines zuvor auf den Schulterstab (oder das Bauteil) aufgebrachtes Punktemuster von einer CCD-Kamera aufgenommen. Mittels Grauwertkorrelation kann die Auswertesoftware aus den Bewegungen des Punktemusters die Dehnung im Bauteil mit hoher lokaler und zeitlicher Auflösung berechnen.

IKV setzt dreidimensionale optische Verformungsmesstechnik ein
Aufgrund der z.T. sehr hohen Belastungsgeschwindigkeiten werden am IKV in der Bauteilprüfung von crashbelasteten Strukturen Hochgeschwindigkeitskameras eingesetzt, die Bildraten von bis zu 80 MHz ermöglichen. Die Verfolgung des Punktemusters auf der Bauteiloberfläche kann im Fall von ebenen Strukturen mit einer einzelnen Kamera erfolgen. Liegen dagegen gekrümmte Oberflächen vor oder sind Informationen über die Dehnung in allen drei Raumrichtungen erforderlich, müssen nach dem Prinzip der 3D-Stereo-Triangulation zwei Kameras simultan eingesetzt werden. Zur Analyse komplexer Geometrien und zur Betrachtung eines ebenen Bauteils von mehreren Seiten ist das am IKV vorhandene zweidimensionale Messsystem daher um eine zweite Hochgeschwindigkeitskamera auf ein dreidimensionales System erweitert worden.

Die optische 3D-Hochgeschwindigkeits-Dehnungsmessung ist insbesondere für die Weiterentwicklung auf dem Gebiet der Crashsimulation von Bedeutung. Durch den Einsatz von zwei Kameras in 3D-Anordnung können am IKV nun Fragestellungen wie z. B. die des dehngeschwindigkeitsabhängigen, lokalen Spannungs/Dehnungs-Verhaltens oder der dehnungs- und dehngeschwindigkeitsabhängigen Querkontraktion thermoplastischer Kunststoffe tiefgehend bearbeitet werden. Diese Erkenntnisse bilden die Grundlage für die Verbesserung der Simulationsgüte bei der virtuellen Crashberechnung. Dadurch wird eine präzisere und schnellere Bauteilauslegung von Bauteilen ermöglicht.

Beim 26. Internationalen Kunststofftechnischen Kolloquium am 7. und 8. März 2012 präsentiert das IKV die Forschungsergebnisse zur Crashsimulation in der Session zur werkstoffgerechten Struktursimulation.

Weitere Informationen: www.ikv-kolloquium.de, www.ikv-aachen.de

26. Int. Kunststofftechnisches Kolloquium, 7.-8. März 2012, Aachen

Institut für Kunststoffverarbeitung, Aachen

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