{"id":16397,"date":"2024-09-19T10:29:21","date_gmt":"2024-09-19T08:29:21","guid":{"rendered":"https:\/\/dev.shimadzu-testing.com\/?p=16397"},"modified":"2025-02-05T11:22:14","modified_gmt":"2025-02-05T10:22:14","slug":"development-of-a-holistic-approach-for-force-and-strain-measurements-in-high-speed-tensile-tests","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/shimadzu-testing.com\/de\/wissen-wie\/hochgeschwindigkeits-videokamera\/development-of-a-holistic-approach-for-force-and-strain-measurements-in-high-speed-tensile-tests\/","title":{"rendered":"Entwicklung eines ganzheitlichen Ansatzes f\u00fcr Kraft- und Dehnungsmessungen bei Hochgeschwindigkeits-Zugversuchen"},"content":{"rendered":"<div data-elementor-type=\"wp-post\" data-elementor-id=\"16397\" class=\"elementor elementor-16397\" data-elementor-post-type=\"post\">\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-element elementor-element-4e15197 e-flex e-con-boxed e-con e-parent\" data-id=\"4e15197\" data-element_type=\"container\">\n\t\t\t\t\t<div class=\"e-con-inner\">\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-element elementor-element-a8c5eeb elementor-widget elementor-widget-text-editor\" data-id=\"a8c5eeb\" data-element_type=\"widget\" data-widget_type=\"text-editor.default\">\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-widget-container\">\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<h2><strong>Benutzer<\/strong> <strong>Vorteile<\/strong><\/h2><ul><li>Vergleich und Abh\u00e4ngigkeit des integrierten HITS-T10-Systems und zus\u00e4tzlicher Techniken zur Messung von Pr\u00fcfkr\u00e4ften und Spannungen, Verschiebungen und Dehnungen.<\/li><li>Innovative Messung mit HPV-X2 Kamera und DIC-Analyse, mit der echte Pr\u00fcfspannungen und Dehnungen berechnet werden k\u00f6nnen.<\/li><\/ul>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-element elementor-element-c757c28 elementor-widget elementor-widget-text-editor\" data-id=\"c757c28\" data-element_type=\"widget\" data-widget_type=\"text-editor.default\">\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-widget-container\">\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<h2><strong>Einf\u00fchrung<\/strong><\/h2>\nIn der Automobil- und Luft- und Raumfahrtindustrie treten h\u00e4ufig Crash-Belastungen mit hohen Dehnungsgeschwindigkeiten auf, so dass eine Materialcharakterisierung auf dynamischer Basis erforderlich ist, um die Sicherheitseigenschaften von hochbelasteten Bauteilen zu gew\u00e4hrleisten. Die meisten Au\u00dfenteile werden heute aus faserverst\u00e4rkten Polymeren (FVK) hergestellt, die dehnratenabh\u00e4ngige Eigenschaften aufweisen [1-3]. Zu diesem Zweck ist die Bestimmung der charakteristischen Parameter in Hochgeschwindigkeitszugversuchen eine g\u00e4ngige Methode. Da FVK bei h\u00f6heren Dehnungsgeschwindigkeiten eine steigende Zugfestigkeit (\u03c3UTS) aufweisen, wird ein hohes Potenzial hinsichtlich\nMaterialeinsparung und Leichtbau erm\u00f6glicht. Folglich ist ein umfassendes Verst\u00e4ndnis der Daten, die in Hochgeschwindigkeits-Zugversuchen gemessen werden, erforderlich. Typischerweise wird die Pr\u00fcfkraft durch eine piezoelektrische Kraftmessdose bereitgestellt, w\u00e4hrend die Kolbenbewegung durch einen kapazitiven Sensor erfasst wird. So ist es auch bei der Hochgeschwindigkeits-Schlagpr\u00fcfmaschine HITS-TX, Bild 1, realisiert. Dar\u00fcber hinaus verf\u00fcgt die HITS-TX \u00fcber einen zus\u00e4tzlichen Griffweg-Sensor (GDS), mit dem die Probenbewegung nur innerhalb der Griffe gemessen wird und somit Einfl\u00fcsse von zus\u00e4tzlichen Teilen im Lastzug ausgeschlossen werden k\u00f6nnen. Dies steht im Einklang mit dem vorhandenen Wissen \u00fcber Schwingungen und Spannungswellen im Lastzug, die die aufgezeichneten Kraft- und Wegsignale beeinflussen. [4,5]\nEine allgemeine Herausforderung bei der Hochgeschwindigkeits-Materialpr\u00fcfung ist der Sto\u00df, der zu Beginn der Pr\u00fcfung zwischen der Ann\u00e4herungsvorrichtung und dem Bet\u00e4tigungskolben auftritt. In Hochgeschwindigkeitssystemen wird normalerweise eine Anfahrvorrichtung verwendet, um den Kolben auf die gew\u00fcnschte Pr\u00fcfgeschwindigkeit zu beschleunigen, bevor die Probe belastet wird. Durch den Aufprall in dieser Vorrichtung werden Schwingungen, die sich als elastische Spannungswellen ausbreiten, auf den Lastzug \u00fcbertragen. Diese Wellen werden in der Kraftmessdose am Boden des Pr\u00fcfsystems reflektiert und beeinflussen somit die Kraft- und Wegmessungen. Um diese Schwingungen zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren, ist es wichtig, einen Mechanismus zur D\u00e4mpfung der Krafteinleitung zu installieren. Zu diesem Zweck k\u00f6nnen verschiedene Materialien oder Geometrien an den Kontaktfl\u00e4chen verwendet sowie D\u00e4mpfungselemente eingebaut werden. Der Effekt der D\u00e4mpfung sollte jedoch bei einer Belastung von 25% der Streckgrenze keinen Einfluss mehr auf die Messung haben [5].\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-element elementor-element-6728194 elementor-widget elementor-widget-text-editor\" data-id=\"6728194\" data-element_type=\"widget\" data-widget_type=\"text-editor.default\">\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-widget-container\">\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<h2><strong>Materialien und Methoden\n<\/strong><\/h2>\nF\u00fcr die Untersuchungen wird ein Verbundwerkstoff aus glasfaserverst\u00e4rktem Epoxid (GFR-EP) verwendet, der die oben genannte Werkstoffgruppe gut repr\u00e4sentiert. Das Material ist mit bidirektionalen Glasfasern in 0\/90\u00b0-Orientierung verst\u00e4rkt. Auf der Grundlage mehrerer Studien wird eine positive Abh\u00e4ngigkeit von der Dehnungsrate erwartet [1-3]. Die Probengeometrie, Abbildung 2, ist eine Weiterentwicklung der Probengeometrie und wurde speziell an die Messung mit einer Hochgeschwindigkeits-Videokamera angepasst. Im Detail bietet der Probek\u00f6rper einen zus\u00e4tzlichen Dynamometerabschnitt, um die Kraftberechnung mit Hilfe der digitalen Bildkorrelation (DIC) zu erm\u00f6glichen.\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<div class=\"elementor-element elementor-element-c40aa19 e-grid e-con-full e-con e-child\" data-id=\"c40aa19\" data-element_type=\"container\">\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-element elementor-element-c3a6419 elementor-widget elementor-widget-image\" data-id=\"c3a6419\" data-element_type=\"widget\" data-widget_type=\"image.default\">\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-widget-container\">\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<figure class=\"wp-caption\">\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<a href=\"https:\/\/shimadzu-testing.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/development-of-a-holistic-approach-for-force-and-strain-measurements-in-high-speed-tensile-tests-fig2-specimen-geometry.jpg\" data-elementor-open-lightbox=\"yes\" data-elementor-lightbox-title=\"development-of-a-holistic-approach-for-force-and-strain-measurements-in-high-speed-tensile-tests-fig2-specimen-geometry\" data-elementor-lightbox-description=\"Figure 2: Specimen geometry\" data-e-action-hash=\"#elementor-action%3Aaction%3Dlightbox%26settings%3DeyJpZCI6MTYzMzYsInVybCI6Imh0dHBzOlwvXC9zaGltYWR6dS10ZXN0aW5nLmNvbVwvd3AtY29udGVudFwvdXBsb2Fkc1wvMjAyNFwvMDlcL2RldmVsb3BtZW50LW9mLWEtaG9saXN0aWMtYXBwcm9hY2gtZm9yLWZvcmNlLWFuZC1zdHJhaW4tbWVhc3VyZW1lbnRzLWluLWhpZ2gtc3BlZWQtdGVuc2lsZS10ZXN0cy1maWcyLXNwZWNpbWVuLWdlb21ldHJ5LmpwZyJ9\">\n\t\t\t\t\t\t\t<img fetchpriority=\"high\" decoding=\"async\" width=\"768\" height=\"313\" src=\"https:\/\/shimadzu-testing.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/development-of-a-holistic-approach-for-force-and-strain-measurements-in-high-speed-tensile-tests-fig2-specimen-geometry-768x313.jpg\" class=\"attachment-medium_large size-medium_large wp-image-16336\" alt=\"Abbildung 2: Geometrie des Probek\u00f6rpers\" \/>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/a>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<figcaption class=\"widget-image-caption wp-caption-text\">Abbildung 2: Geometrie des Probek\u00f6rpers<\/figcaption>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/figure>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-element elementor-element-cb0bc9a elementor-widget elementor-widget-image\" data-id=\"cb0bc9a\" data-element_type=\"widget\" data-widget_type=\"image.default\">\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-widget-container\">\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<figure class=\"wp-caption\">\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<a href=\"https:\/\/shimadzu-testing.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/development-of-a-holistic-approach-for-force-and-strain-measurements-in-high-speed-tensile-tests-fig3-test-setup-with-hpv-x2-camera.jpg\" data-elementor-open-lightbox=\"yes\" data-elementor-lightbox-title=\"development-of-a-holistic-approach-for-force-and-strain-measurements-in-high-speed-tensile-tests-fig3-test-setup-with-hpv-x2-camera\" data-elementor-lightbox-description=\"Figure 3: Test setup with HPV-X2 camera\" data-e-action-hash=\"#elementor-action%3Aaction%3Dlightbox%26settings%3DeyJpZCI6MTYzMzcsInVybCI6Imh0dHBzOlwvXC9zaGltYWR6dS10ZXN0aW5nLmNvbVwvd3AtY29udGVudFwvdXBsb2Fkc1wvMjAyNFwvMDlcL2RldmVsb3BtZW50LW9mLWEtaG9saXN0aWMtYXBwcm9hY2gtZm9yLWZvcmNlLWFuZC1zdHJhaW4tbWVhc3VyZW1lbnRzLWluLWhpZ2gtc3BlZWQtdGVuc2lsZS10ZXN0cy1maWczLXRlc3Qtc2V0dXAtd2l0aC1ocHYteDItY2FtZXJhLmpwZyJ9\">\n\t\t\t\t\t\t\t<img decoding=\"async\" width=\"768\" height=\"400\" src=\"https:\/\/shimadzu-testing.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/development-of-a-holistic-approach-for-force-and-strain-measurements-in-high-speed-tensile-tests-fig3-test-setup-with-hpv-x2-camera-768x400.jpg\" class=\"attachment-medium_large size-medium_large wp-image-16337\" alt=\"Abbildung 3: Testaufbau mit HPV-X2 Kamera\" \/>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/a>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<figcaption class=\"widget-image-caption wp-caption-text\">Abbildung 3: Testaufbau mit HPV-X2 Kamera<\/figcaption>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/figure>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-element elementor-element-3af3232 elementor-widget elementor-widget-text-editor\" data-id=\"3af3232\" data-element_type=\"widget\" data-widget_type=\"text-editor.default\">\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-widget-container\">\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tDer Pr\u00fcfaufbau (Abbildung 3) besteht aus einem HITS-TX-System mit einem Kolbenhubsensor, der mit einem Steuerger\u00e4t des Typs 4870 verbunden ist, sowie einem zus\u00e4tzlichen Griffweg-Sensor (GDS) und einer Hyper-Vision-Hochgeschwindigkeits-Videokamera (HPV-X2, Abbildung 4). Dar\u00fcber hinaus bietet das HITS-TX-System verschiedene Anfahrvorrichtungen, um die Geometrie und D\u00e4mpfungseffekte optimal an die gew\u00e4hlte Pr\u00fcfgeschwindigkeit anzupassen. Zum einen ist eine konische Version mit zwei L\u00e4ngen verf\u00fcgbar. Zum anderen kann eine flache Version der Anfahrvorrichtung verwendet werden. W\u00e4hrend die flache Version mit einem sto\u00dfd\u00e4mpfenden Gummi ausgestattet ist, nutzen die konischen Versionen die Kontaktfl\u00e4che, um die Pr\u00fcfkr\u00e4fte zu absorbieren, sowie eine Kombination aus zwei Gummiringen, um Mehrfachkollisionen zu verhindern. Zusammenfassend l\u00e4sst sich sagen, dass die flache Version bis zu 8 m\/s verwendet werden sollte, w\u00e4hrend die konische Version dann bis zu 20 m\/s (72 km\/h) eingesetzt wird. In dieser Arbeit werden Hochgeschwindigkeits-Zugversuche bei 5, 6,5, 8 und 12 m\/s in Kombination mit der flachen und der konischen Version der Anfahrvorrichtung durchgef\u00fchrt. Nach [6] entsprechen die Geschwindigkeiten Nenndehnraten von 920, 1.200, 1.480 und 2.220 s-1. Um h\u00f6chste Aufnahmeraten mit der HPV-X2-Kamera zu erreichen, ist eine m\u00f6glichst kurze Belichtungszeit erforderlich. Daher sind drei Lichtquellen installiert, eine Hochleistungs-LED mit 15.000 Lumen direkt unter dem Objektiv und zwei HMI-Leuchten mit je 400 W auf beiden Seiten. Eine weitere Herausforderung bei der Hochgeschwindigkeitsaufnahme ist die Ausl\u00f6sung der Kamera [7]. Zu diesem Zweck liefert der Controller vom Typ 4870 des HITS-TX-Systems ein TTL\n5-V-Signal, w\u00e4hrend das Timing \u00fcber den Kolbenhub gesteuert wird. Mit Hilfe eines Synchronisationssignals von der HPV-X2-Kamera zum HITS-TX-System konnten reproduzierbare Ergebnisse erzielt werden.\nDa die HPV-X2-Kamera \u00fcber einen begrenzten Ringspeicher verf\u00fcgt, ist die Anzahl der bei voller Aufl\u00f6sung aufgenommenen Bilder auf 128 begrenzt. Es ist jedoch m\u00f6glich, die Anzahl der Bilder auf 256 einzustellen, wenn eine spezielle Interpolation verwendet wird, die zu einer geringeren Gesamtaufl\u00f6sung f\u00fchrt. Daher ist es zwingend erforderlich, die genaue Pr\u00fcfzeit zu kennen und die Aufzeichnungsrate entsprechend einzustellen. In diesem Fall liegen die beobachteten Pr\u00fcfzeiten zwischen 100 und 200 \u03bcs, je nach Pr\u00fcfgeschwindigkeit. Testzeiten von 200 \u03bcs entsprechen einer maximalen theoretischen Aufzeichnungsrate von 640.000 Bildern pro Sekunde (fps), vorausgesetzt, der zeitliche Ausl\u00f6sepunkt ist perfekt eingestellt. Um Abweichungen beim Timing auszugleichen, wird die tats\u00e4chliche Aufzeichnungsrate auf 250.000 fps festgelegt.\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<div class=\"elementor-element elementor-element-2e696ce e-grid e-con-full e-con e-child\" data-id=\"2e696ce\" data-element_type=\"container\">\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-element elementor-element-919aaaa elementor-widget elementor-widget-image\" data-id=\"919aaaa\" data-element_type=\"widget\" data-widget_type=\"image.default\">\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-widget-container\">\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<figure class=\"wp-caption\">\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<a href=\"https:\/\/shimadzu-testing.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/development-of-a-holistic-approach-for-force-and-strain-measurements-in-high-speed-tensile-tests-fig4-high-speed-video-camera-hpv-x2.jpg\" data-elementor-open-lightbox=\"yes\" 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Hochgeschwindigkeits-Videokamera HPV-X2\" \/>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/a>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<figcaption class=\"widget-image-caption wp-caption-text\">Abbildung 4: Hochgeschwindigkeits-Videokamera HPV-X2<\/figcaption>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/figure>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-element elementor-element-21447e8 elementor-widget elementor-widget-image\" data-id=\"21447e8\" data-element_type=\"widget\" data-widget_type=\"image.default\">\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-widget-container\">\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<figure class=\"wp-caption\">\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<a href=\"https:\/\/shimadzu-testing.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/development-of-a-holistic-approach-for-force-and-strain-measurements-in-high-speed-tensile-tests-fig5-test-forces-measured-by-cell-and-dic.jpg\" data-elementor-open-lightbox=\"yes\" 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size-medium_large wp-image-16339\" alt=\"Abbildung 5: Mit Kraftmessdose und DIC gemessene Pr\u00fcfkr\u00e4fte\" \/>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/a>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<figcaption class=\"widget-image-caption wp-caption-text\">Abbildung 5: Mit Kraftmessdose und DIC gemessene Pr\u00fcfkr\u00e4fte<\/figcaption>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/figure>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-element elementor-element-8f5d236 elementor-widget elementor-widget-spacer\" data-id=\"8f5d236\" data-element_type=\"widget\" data-widget_type=\"spacer.default\">\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-widget-container\">\n\t\t\t\t\t\t\t<div class=\"elementor-spacer\">\n\t\t\t<div class=\"elementor-spacer-inner\"><\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-element elementor-element-f3066e4 elementor-widget elementor-widget-text-editor\" data-id=\"f3066e4\" data-element_type=\"widget\" data-widget_type=\"text-editor.default\">\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-widget-container\">\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<h2><strong>Ergebnisse und Diskussion<br \/><\/strong><\/h2><p>Zur Bestimmung der Materialeigenschaften bei Hochgeschwindigkeitspr\u00fcfungen k\u00f6nnen generell verschiedene Dehnungsmessverfahren wie Dehnungsmessstreifen, optische L\u00e4ngen\u00e4nderungsaufnehmer, Lasersysteme oder Hochgeschwindigkeitskameras eingesetzt werden [6]. Durch zus\u00e4tzliche DIC-Analyse von Hochgeschwindigkeitsaufnahmen wird die Visualisierung der Dehnungsverteilung auf der gesamten Probe m\u00f6glich. Gleiches gilt f\u00fcr Kraftmessungen, die entweder mit systemintegrierten Kraftmessdosen oder mit tr\u00e4gheitsfreien Techniken durchgef\u00fchrt werden k\u00f6nnen.<\/p><h3>a.   Kraftmessung<\/h3><p>Um die Qualit\u00e4t der Kraftmessung mit einer Kraftmessdose zu beurteilen, wird ein Vergleich mit den durch DIC-Analyse und HPV-X2-Kamera berechneten Kr\u00e4ften durchgef\u00fchrt. Eine pr\u00e4zise Messung wird m\u00f6glich, wenn ein Dynamometerabschnitt f\u00fcr die Probe entworfen wird. Daher wird f\u00fcr diese Untersuchungen ein leicht asymmetrischer Probek\u00f6rper verwendet (<strong>Abbildung 5<\/strong>). Diese Geometrie erm\u00f6glicht eine Dehnungsmessung im DMS-Teil und eine Kraftmessung im Dynamometer-Teil mit DIC-Analyse zur gleichen Zeit.<\/p><p>Normalerweise ist die Dynamometerstrecke ein Bereich, in dem keine plastische Verformung auftritt. \u00dcbertragen auf FRP's ist ein Bereich gemeint, in dem die Bestimmung des E-Moduls erlaubt ist. Da die Bestimmung des E-Moduls in den Grenzen von 0,05 bis 0,25% [8] erlaubt ist, wird ein \u00fcber die Gesamtdehnung variierender Modul implementiert, der f\u00fcr das viskoelastische Materialverhalten von GFK-EP geeignet ist. So kann die Kraft, die tats\u00e4chlich auf die Probe wirkt, durch \u03c3 = E\ua78f\u03b5 (Hooke's Law) \uf0e0 F = E\ua78f\u03b5\ua78fA bestimmt werden. Der Elastizit\u00e4tsmodul muss jedoch dynamisch bestimmt werden, da quasistatische Materialeigenschaften nicht auf Hochgeschwindigkeitspr\u00fcfungen \u00fcbertragen werden k\u00f6nnen. Die einzige M\u00f6glichkeit, einen korrekten Elastizit\u00e4tsmodul zu bestimmen, ist also eine Berechnung innerhalb der kurzen Zeitspanne zwischen dem Aufprall an der Ann\u00e4herungsvorrichtung und den elastischen Spannungswellen, die sich bis zum Erreichen der Kraftmessdose am Boden des Pr\u00fcfsystems ausbreiten. Au\u00dferdem ist es wichtig, die gemessene Dehnung im Dynamometerabschnitt \u00fcber dieselbe Probenbreite zu mitteln, auf die der Querschnitt A bezogen ist.<\/p><p><strong>Abbildung 5 <\/strong>zeigt den Vergleich der mit einer Kraftmessdose gemessenen Pr\u00fcfkr\u00e4fte mit denen der DIC bei Verwendung einer konischen Ann\u00e4herungsvorrichtung und einer Pr\u00fcfgeschwindigkeit von 8 m\/s. Der oben erw\u00e4hnte variierende Modul steht im Zusammenhang mit dem Verlauf der mittleren Dehnung (blauer Kasten) von 0 bis 0,8% w\u00e4hrend der gesamten Pr\u00fcfung.<\/p><p>Es ist zu beobachten, dass sich die beiden Kurven nicht stark unterscheiden, was zu der Annahme f\u00fchrt, dass die Verwendung der Kraftmessdose ohne zus\u00e4tzliche Messtechnik ebenfalls effizient ist. Bei h\u00f6heren Pr\u00fcfkr\u00e4ften kommt es zu Abweichungen, die durch oszillierende Kr\u00e4fte und reflektierte Spannungswellen im Lastzug verursacht werden. Zu Beginn der Pr\u00fcfung werden Spannungswellen in den Lastzug induziert, was zu Oszillationen im Kraftsignal f\u00fchrt, wie sie zwischen 25 und 75 \u03bcs zu sehen sind. Im Verlauf der Pr\u00fcfung wandern diese Spannungswellen durch den Laststrang und die Kraftmessdose, wo sie reflektiert werden. Je nach Phasenverschiebung und Amplitude k\u00f6nnen sich die Wellen gegenseitig ausl\u00f6schen oder verst\u00e4rken, was wiederum zu schwankenden Abweichungen im Kraftsignal f\u00fchrt, wie zwischen 75 und 125 \u03bcs zu sehen ist. Dies zeigt, dass die Kraftmessung mittels DIC-Analyse oft unerl\u00e4sslich ist, um zuverl\u00e4ssige Ergebnisse zu erhalten. Die Ausbreitung und die Interferenzen k\u00f6nnen nicht vorhergesagt werden, so dass die Verwendung eines Korrekturfaktors nicht wirksam ist. Das Kraftsignal wird jedoch weniger von den Spannungswellen beeinflusst als erwartet, so dass es m\u00f6glich ist, mit Hilfe der integrierten Kraftmessdose korrekte Materialeigenschaften zu ermitteln. Eine erste Erkl\u00e4rung f\u00fcr dieses Verhalten k\u00f6nnte die Verwendung der konischen Ann\u00e4herungslehre sein, da diese keinen Gummiring enth\u00e4lt. Daher sind keine Einfl\u00fcsse auf die Materialeigenschaften zu erwarten, insbesondere zu Beginn der Pr\u00fcfung. Mit fortschreitender Pr\u00fcfung werden jedoch die Einfl\u00fcsse der Spannungswellen gr\u00f6\u00dfer, da sie an der Kraftmessdose reflektiert werden.<\/p><h3>b.   Messung von Verschiebung und Dehnung<\/h3><p>Mit dem vorgestellten Versuchsaufbau stehen mehrere Techniken zur Dehnungsmessung zur Verf\u00fcgung: Kolbenhub, GDS und DIC. W\u00e4hrend der Kolbenhub die tats\u00e4chliche Kolbenbewegung am oberen Ende des Lastzugs misst, wird mit dem GDS lediglich die Verschiebung zwischen den Spannzeugen gemessen. Bei der DIC-Analyse hingegen k\u00f6nnen Verschiebungen und Dehnungen direkt an der Probe erfasst werden.<\/p><p>Daher ist es nur mit der DIC-Analyse m\u00f6glich, echte St\u00e4mme zu bestimmen. Unterschiede zwischen diesen Methoden sind zu erwarten, die auf folgende Einfl\u00fcsse zur\u00fcckzuf\u00fchren sein k\u00f6nnten:<\/p><ul><li>Komponenten mit unterschiedlichen Steifigkeiten im Lastzug<\/li><li>Elastische Verformung der Komponenten im Lastzug<\/li><li>D\u00e4mpfungseffekte durch Kompression und kraftabsorbierende Eigenschaften des Gummis<\/li><li>Messung der Entfernung zum<\/li><\/ul><p>Wie man in <strong>Abbildung 6<\/strong>Die oben genannten Effekte k\u00f6nnen zu erheblichen Abweichungen in den resultierenden Dehnungskurven f\u00fchren. Der Kolbenhubsensor ist erwartungsgem\u00e4\u00df recht linear und unterscheidet sich stark von den anderen Kurven, da die meisten Komponenten und deren Verformung in dieser Messung enthalten sind. Au\u00dferdem konnten der Aufprall und die mehrfachen Kollisionen mit der Anfahrvorrichtung durch den Kolbenhub erfasst werden. Die Abweichungen zwischen GDS und DIC sind bei geringen Dehnungen gering, nehmen aber mit fortschreitender Pr\u00fcfzeit zu. Wie im vergr\u00f6\u00dferten Ausschnitt zu sehen ist, sind die Steigungen der angelegten Tangenten innerhalb der gegebenen Grenzen jedoch gleich, so dass das GDS bei kleinen Dehnungen, bei denen Effekte wie Probenbiegung, Einspannprobleme oder Spiel zum Tragen kommen, gut funktioniert.<\/p><p>Um die Dehnungsverteilung an der Probe zu visualisieren, <strong>Abbildung 7 <\/strong>zeigt die Gesamtdehnung bei verschiedenen Pr\u00fcfzeiten. Es ist offensichtlich, dass die Probengeometrie gut funktioniert, da die Dehnungsverteilung im DMS-Abschnitt homogen ist. Im Dynamometerteil ist jedoch eine inhomogene Dehnungsverteilung zu erkennen, die auf die bidirektionale Faserorientierung zur\u00fcckzuf\u00fchren ist. Da die Probe aus Endlosfasern besteht, wird die Belastung in den 0\u00b0-Schichten in der Mitte der Probe vom Messabschnitt auf den Dynamometerabschnitt \u00fcbertragen.<\/p><p>w\u00e4hrend die \u00e4u\u00dferen Fasern einer geringeren Kraft ausgesetzt sind. Aus diesen Erkenntnissen l\u00e4sst sich schlie\u00dfen, dass jede lokale Dehnungsmessung, wie z. B. Dehnungsmessstreifen, f\u00fcr die Kraftmessung im Dynamometerabschnitt nicht geeignet ist, da dort eine inhomogene Dehnungsverteilung vorliegt.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-element elementor-element-4582d44 elementor-widget elementor-widget-image\" data-id=\"4582d44\" data-element_type=\"widget\" data-widget_type=\"image.default\">\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-widget-container\">\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<figure class=\"wp-caption\">\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<a href=\"https:\/\/shimadzu-testing.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/development-of-a-holistic-approach-for-force-and-strain-measurements-in-high-speed-tensile-tests-fig7-specimen-strain-distribution-at-diff.-test-times.jpg\" data-elementor-open-lightbox=\"yes\" data-elementor-lightbox-title=\"development-of-a-holistic-approach-for-force-and-strain-measurements-in-high-speed-tensile-tests-fig7-specimen-strain-distribution-at-diff.-test-times\" data-elementor-lightbox-description=\"Figure7: Specimen strain distribution at diff. test times\" data-e-action-hash=\"#elementor-action%3Aaction%3Dlightbox%26settings%3DeyJpZCI6MTYzNDEsInVybCI6Imh0dHBzOlwvXC9zaGltYWR6dS10ZXN0aW5nLmNvbVwvd3AtY29udGVudFwvdXBsb2Fkc1wvMjAyNFwvMDlcL2RldmVsb3BtZW50LW9mLWEtaG9saXN0aWMtYXBwcm9hY2gtZm9yLWZvcmNlLWFuZC1zdHJhaW4tbWVhc3VyZW1lbnRzLWluLWhpZ2gtc3BlZWQtdGVuc2lsZS10ZXN0cy1maWc3LXNwZWNpbWVuLXN0cmFpbi1kaXN0cmlidXRpb24tYXQtZGlmZi4tdGVzdC10aW1lcy5qcGcifQ%3D%3D\">\n\t\t\t\t\t\t\t<img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"974\" height=\"712\" src=\"https:\/\/shimadzu-testing.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/development-of-a-holistic-approach-for-force-and-strain-measurements-in-high-speed-tensile-tests-fig7-specimen-strain-distribution-at-diff.-test-times.jpg\" class=\"attachment-large size-large wp-image-16341\" alt=\"Abbildung 7: Verteilung der Probendehnung bei verschiedenen Pr\u00fcfzeiten\" \/>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/a>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<figcaption class=\"widget-image-caption wp-caption-text\">Abbildung 7: Verteilung der Probendehnung bei verschiedenen Pr\u00fcfzeiten<\/figcaption>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/figure>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-element elementor-element-2a0cd68 elementor-widget elementor-widget-text-editor\" data-id=\"2a0cd68\" data-element_type=\"widget\" data-widget_type=\"text-editor.default\">\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-widget-container\">\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<h2><strong>Schlussfolgerungen und Ausblick\n<\/strong><\/h2>\nIm Rahmen dieser Arbeit an der Hochgeschwindigkeits-Schlagpr\u00fcfmaschine HITS-TX wurde ein Vergleich von systemintegrierten und zus\u00e4tzlichen Techniken zur Messung von Pr\u00fcfkr\u00e4ften und -verschiebungen durchgef\u00fchrt. Insbesondere diese beiden Parameter wurden als kritisch definiert, da sie durch Schwingungen beeinflusst werden k\u00f6nnen, die eine Folge des Aufpralls im Inneren des Pr\u00fcfger\u00e4ts sind. Es wird eine innovative Messung mit Hilfe der HPV-X2-Kamera und DIC-Analyse vorgestellt, mit der die wahren Pr\u00fcfkr\u00e4fte und Gesamtdehnungen berechnet werden k\u00f6nnen.\nEs konnte gezeigt werden, dass das Kraftsignal der Kraftmessdose nur geringe Abweichungen von der DIC-Analyse aufweist, so dass die Generierung von Materialeigenschaften insbesondere bei geringen Dehnungen, wie bei der Modulbestimmung, m\u00f6glich ist. Dieses Verfahren kann z.B. f\u00fcr die Erstellung von Materialdaten f\u00fcr Simulationszwecke eingesetzt werden, insbesondere wenn die Bauteilpr\u00fcfung im Hochgeschwindigkeits- oder Crashlastbereich kostenintensiv ist.\nBei den Weg- und Dehnungsmessungen wurde eine deutliche Abh\u00e4ngigkeit von der Verwendung der geeigneten Messtechnik aufgezeigt. W\u00e4hrend GDS bei geringen Dehnungen eingesetzt werden kann, ist bei der Bestimmung der Gesamtdehnungen beim Versagen der Probe der Einsatz der DIC-Analyse unerl\u00e4sslich. Mit Hilfe von DIC konnte auch eine lokale Dehnungsmessung und eine Dehnungsverteilung \u00fcber die gesamte Probe realisiert werden. Aufgrund der Triggerung und Synchronisation durch die Verbindung von HPV-X2 und HITS-TX ist stets eine ausreichende Anzahl von Bildern zur Dehnungsauswertung sowie eine komfortable Datenanalyse gew\u00e4hrleistet.\n\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-element elementor-element-c9f8cc6 elementor-widget elementor-widget-image\" data-id=\"c9f8cc6\" data-element_type=\"widget\" data-widget_type=\"image.default\">\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-widget-container\">\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<figure class=\"wp-caption\">\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<a href=\"https:\/\/shimadzu-testing.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/development-of-a-holistic-approach-for-force-and-strain-measurements-in-high-speed-tensile-tests-fig6-displacements-measured-by-piston-stroke-gds-and-dic.jpg\" data-elementor-open-lightbox=\"yes\" data-elementor-lightbox-title=\"development-of-a-holistic-approach-for-force-and-strain-measurements-in-high-speed-tensile-tests-fig6-displacements-measured-by-piston-stroke,-gds-and-dic\" data-elementor-lightbox-description=\"Figure 6: Displacements measured by piston stroke, GDS and DIC\" data-e-action-hash=\"#elementor-action%3Aaction%3Dlightbox%26settings%3DeyJpZCI6MTYzNDAsInVybCI6Imh0dHBzOlwvXC9zaGltYWR6dS10ZXN0aW5nLmNvbVwvd3AtY29udGVudFwvdXBsb2Fkc1wvMjAyNFwvMDlcL2RldmVsb3BtZW50LW9mLWEtaG9saXN0aWMtYXBwcm9hY2gtZm9yLWZvcmNlLWFuZC1zdHJhaW4tbWVhc3VyZW1lbnRzLWluLWhpZ2gtc3BlZWQtdGVuc2lsZS10ZXN0cy1maWc2LWRpc3BsYWNlbWVudHMtbWVhc3VyZWQtYnktcGlzdG9uLXN0cm9rZS1nZHMtYW5kLWRpYy5qcGcifQ%3D%3D\">\n\t\t\t\t\t\t\t<img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"1024\" height=\"470\" src=\"https:\/\/shimadzu-testing.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/development-of-a-holistic-approach-for-force-and-strain-measurements-in-high-speed-tensile-tests-fig6-displacements-measured-by-piston-stroke-gds-and-dic-1024x470.jpg\" class=\"attachment-large size-large wp-image-16340\" alt=\"Abbildung 6: Mit Kolbenhub, GDS und DIC gemessene Verschiebungen\" \/>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/a>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<figcaption class=\"widget-image-caption wp-caption-text\">Abbildung 6: Mit Kolbenhub, GDS und DIC gemessene Verschiebungen<\/figcaption>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/figure>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-element elementor-element-12c872a elementor-widget elementor-widget-text-editor\" data-id=\"12c872a\" data-element_type=\"widget\" data-widget_type=\"text-editor.default\">\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-widget-container\">\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<h2><strong>\uf0a7 Referenzen<br \/><\/strong><\/h2><p>[1] K. Naresh, K. Shankar, B.S. Rao, R. Velmurugan: Effect of high strain rate on glass\/carbon\/hybrid fiber reinforced epoxy laminated composites. Composites Part B 100 (2016) 125-135.<br \/>doi: org\/10.1016\/j.compositesb.2016.06.007<br \/><br \/>[2] Y. Ou, D. Zhu, L. Huang, Y. Yao: Mechanische Charakterisierung der Zugeigenschaften von glasfaser- und glasfaserverst\u00e4rkten Polymeren (GFK) unter verschiedenen Dehnungsgeschwindigkeiten und Temperaturen. Polymere 8<br \/>(5) (2016) 1-16.<br \/>doi: 10.3390\/polym8050196<br \/><br \/>[3] J. M. L. Reis, F. L. Chaves, H. S. da Costa Mattos: Zugverhalten von glasfaserverst\u00e4rktem Polyurethan bei unterschiedlichen Dehnungsgeschwindigkeiten. Materialien und Design 49 (2013) 192-196.<br \/>doi: 10.1016\/j.matdes.2013.01.065<br \/><br \/>[4] SAE J2749: High strain rate tensile testing of polymers.<br \/><br \/>[5] M. Keuerleber: Bestimmung des E-Moduls von Kunststoffen bei hohen Dehnraten am Beispiel von PP, Dissertation, Stuttgart (2006).<br \/><br \/>[6] DIN EN ISO 26203-2: Metallische Werkstoffe - Zugversuch mit hohen Dehnungsgeschwindigkeiten - Teil 2: Servohydraulische und andere Pr\u00fcfsysteme.<br \/><br \/>[7] Myslicki, S.; Ortlieb, M.; Frieling, G.; Walther, F.: High-precision deformation and damage development assessment of composite materials by high-speed camera, high-frequency impulse and digital image correlation techniques. Materialpr\u00fcfung 57 (11-12) (2015) 933-941.<br \/>doi: org\/10.3139\/120.110813<br \/><br \/>[8] DIN EN ISO 527-1: Kunststoffe - Bestimmung der Zugeigenschaften - Teil 1: Allgemeine Grunds\u00e4tze (in Deutsch).<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-element elementor-element-03d8238 elementor-widget elementor-widget-spacer\" data-id=\"03d8238\" data-element_type=\"widget\" data-widget_type=\"spacer.default\">\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-widget-container\">\n\t\t\t\t\t\t\t<div class=\"elementor-spacer\">\n\t\t\t<div class=\"elementor-spacer-inner\"><\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<div class=\"elementor-element elementor-element-167ca2b e-flex e-con-boxed e-con e-parent\" data-id=\"167ca2b\" data-element_type=\"container\" data-settings=\"{&quot;background_background&quot;:&quot;classic&quot;}\">\n\t\t\t\t\t<div class=\"e-con-inner\">\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-element elementor-element-2bb8546 elementor-widget elementor-widget-heading\" data-id=\"2bb8546\" data-element_type=\"widget\" data-widget_type=\"heading.default\">\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-widget-container\">\n\t\t\t\t\t<h2 class=\"elementor-heading-title elementor-size-default\">Herunterladen<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-element elementor-element-951c335 downloads-liste elementor-widget elementor-widget-text-editor\" data-id=\"951c335\" data-element_type=\"widget\" data-widget_type=\"text-editor.default\">\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-widget-container\">\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<ul>\n<li><a href=\"https:\/\/shimadzu-testing.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/observing-the-failure-of-open-hole-cfrp-specimens-in-tensile-tests.pdf\">Anwendung: Beobachtung des Bruchs von unidirektionalem CFK im statischen Zugversuch<\/a><\/li>\n<\/ul>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-element elementor-element-311c692 elementor-widget elementor-widget-spacer\" data-id=\"311c692\" data-element_type=\"widget\" data-widget_type=\"spacer.default\">\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-widget-container\">\n\t\t\t\t\t\t\t<div class=\"elementor-spacer\">\n\t\t\t<div class=\"elementor-spacer-inner\"><\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-element elementor-element-a119d2d elementor-hidden-desktop elementor-hidden-tablet elementor-hidden-mobile elementor-widget elementor-widget-button\" data-id=\"a119d2d\" data-element_type=\"widget\" data-widget_type=\"button.default\">\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-widget-container\">\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<div class=\"elementor-button-wrapper\">\n\t\t\t\t\t<a class=\"elementor-button elementor-button-link elementor-size-sm\" href=\"https:\/\/shimadzu-testing.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/tensile-test-of-plastics-with-automatic-extensometer.pdf\" target=\"_blank\">\n\t\t\t\t\t\t<span class=\"elementor-button-content-wrapper\">\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<span class=\"elementor-button-text\">Zugversuch an Kunststoffen mit Extensometer (PDF)<\/span>\n\t\t\t\t\t<\/span>\n\t\t\t\t\t<\/a>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Crash loads with high strain rates can often be found in automotive and aerospace industries, so that a material charac&#8230;<\/p>","protected":false},"author":5,"featured_media":16421,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[340,357],"tags":[],"class_list":["post-16397","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-high-speed-video-camera","category-hpv-x2"],"yoast_head":"<!-- This site is optimized with the Yoast SEO plugin v25.4 - https:\/\/yoast.com\/wordpress\/plugins\/seo\/ -->\n<title>Force 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