DE102022105770A1

DE102022105770A1 - Method and test device for determining mechanical properties of a workpiece by dynamic loading

Info

Publication number: DE102022105770A1
Application number: DE102022105770.4A
Authority: DE
Inventors: Michael Schäffer; Ralf STURM
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2022-03-11
Filing date: 2022-03-11
Publication date: 2023-09-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von mechanischen Eigenschaften eines Werkstücks (10) durch dynamische Belastung eines Probenkörpers (12), welcher das Werkstück (10) aufweist, wobei der Probenkörper (12) an einer Halteeinheit (20) einer Testvorrichtung (100) fixiert und mit einer Zugeinheit (22) verbunden ist, welche mit einer Stoßbelastung durch eine in Bewegung gesetzte Stoßeinheit (32) beaufschlagt wird, wobei eine beim Auftreffen der Stoßeinheit (32) auf die Zugeinheit (22) an der Halteeinheit (20) ausgeübte Kraft und/oder Beschleunigung erfasst wird, wobei eine auf die Stoßeinheit (32) ausgeübte Beschleunigung erfasst wird, wobei die mechanischen Eigenschaften des Werkstücks (10) durch Anpassen eines Simulationsmodells an die erfassten Werte der Kraft und/oder Beschleunigung an der Halteeinheit (20) und/oder der Stoßeinheit (32) bestimmt werden.Ferner betrifft die Erfindung eine Testvorrichtung (100) zum Bestimmen von mechanischen Eigenschaften eines Werkstücks (10) durch dynamische BelastungThe invention relates to a method for determining mechanical properties of a workpiece (10) by dynamically loading a test body (12) which has the workpiece (10), the test body (12) being fixed to a holding unit (20) of a test device (100). and is connected to a pulling unit (22), which is subjected to a shock load by a moving shock unit (32), a force exerted on the holding unit (20) when the shock unit (32) hits the pulling unit (22) and /or acceleration is detected, an acceleration exerted on the impact unit (32) being detected, the mechanical properties of the workpiece (10) being determined by adapting a simulation model to the detected values of the force and/or acceleration on the holding unit (20) and/or or the impact unit (32). The invention further relates to a test device (100) for determining mechanical properties of a workpiece (10) by dynamic loading

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Testvorrichtung zum Bestimmen von mechanischen Eigenschaften eines Werkstücks durch dynamische Belastung eines Probenkörpers sowie ein Computerprogrammprodukt und eine Vorrichtung zur Datenverarbeitung.The invention relates to a method and a test device for determining mechanical properties of a workpiece by dynamically loading a test specimen, as well as a computer program product and a device for data processing.

Die Entwicklung von Materialkarten für Crashsimulationen im Automobilbereich ist aufgrund der Komplexität der Modellierung des stark nichtlinearen Materialverhaltens eine sehr anspruchsvolle Aufgabe. Hierfür sind umfangreiche Materialtests notwendig, um diese Charakteristika abzuleiten. Hierbei werden unterschiedliche Tests benötigt, die teilweise quasi-statisch und auch dynamisch durchgeführt werden müssen. Jeder dieser Tests muss hierzu in einer virtuellen Umgebung aufgebaut werden, um über virtuelles Testen die notwendigen Eingabeparameter zu ermitteln und zu validieren. Erschwerend kommt hierbei hinzu, dass manche Materialwerte nur über Kalibrierung anzupassen sind, beispielsweise Schädigungsparameter oder Rissenergien. Diese müssen aufwendig über einen iterativen Prozess zunehmend angenähert werden. In der Automobilindustrie führt das dazu, dass die Materialkarten für die Crashanwendung zu einem wichtigen Bestandteil des zentralen Knowhows eines Fahrzeugherstellers zählt, denn eine detaillierte Crashbeschreibung kann die Entwicklungszeiten und damit die Kosten signifikant reduzieren.The development of material maps for crash simulations in the automotive sector is a very demanding task due to the complexity of modeling the highly non-linear material behavior. Extensive material tests are necessary to derive these characteristics. Different tests are required here, some of which have to be carried out quasi-statically and also dynamically. Each of these tests must be set up in a virtual environment in order to determine and validate the necessary input parameters using virtual testing. What makes this even more difficult is that some material values can only be adjusted via calibration, for example damage parameters or crack energies. These must be increasingly approximated through an iterative process. In the automotive industry, this means that material cards for crash applications are an important part of a vehicle manufacturer's central know-how, because a detailed crash description can significantly reduce development times and thus costs.

Die DE 10 2005 048 251 B4 offenbart ein Verfahren zur Ermittlung mechanischer Eigenschaften eines Materials, bei dem ein aus dem zu untersuchenden Material bestehender Probenkörper dynamisch belastet wird und dabei Messwerte aufgezeichnet werden, die die Belastung charakterisieren, und die Messwerte in einem Rechner weiter verarbeitet werden. Dabei wird auf Basis von im Rechner gespeicherten Ausgangsdaten über den Probenkörper und/oder sein Material, unter Anwendung eines während oder unmittelbar nach der Belastung automatisch ablaufenden, Simulationen durchführenden, iterativen Rechenverfahrens, rechnerisch eine schrittweise Annäherung der durch die Simulation ermittelten Daten an die gemessenen Werte durchgeführt. Der Probenkörper wird einer mechanischen Stoßbelastung durch ein Pendelschlagwerk ausgesetzt, wobei mittels einer Sensorik zumindest eine Beschleunigung und eine Kraft und/oder Dehnung des Probenkörpers gemessen wird. Diese Messdaten werden dazu genutzt, die Simulation an die Messung anzupassen. Das Rechenverfahren simuliert das Verhalten des Probenkörpers unter der durchgeführten Belastung durch Teilung des Probenkörpers in Teilbereiche numerisch.The DE 10 2005 048 251 B4 discloses a method for determining mechanical properties of a material, in which a sample body made of the material to be examined is dynamically loaded and measured values are recorded that characterize the load and the measured values are further processed in a computer. On the basis of initial data stored in the computer about the sample body and/or its material, using an iterative calculation process that runs automatically during or immediately after loading, a step-by-step approximation of the data determined by the simulation to the measured values is calculated carried out. The sample body is subjected to a mechanical shock load by a pendulum impact mechanism, with at least one acceleration and a force and/or elongation of the sample body being measured by means of a sensor system. These measurement data are used to adapt the simulation to the measurement. The calculation method numerically simulates the behavior of the test specimen under the applied load by dividing the test specimen into partial areas.

Die DE 10 2006 043 912 B4 offenbart weiter ein Pendelschlagwerk zur Werkstoffprüfung und Ermittlung von mechanischen Eigenschaften eines Materials, welches einen Prüfkörper durch Aufprall belastet. Dabei sind zwei aufeinander zu bewegbare Pendel vorgesehen. Am Endstück des einen Pendels ist der Prüfkörper derart befestigbar, dass der Prüfkörper beim Aufeinanderprallen der beiden Pendel mit der Relativgeschwindigkeit der Pendel belastet wird. Die Pendel sind um eine gemeinsame Achse drehbar angeordnet.The DE 10 2006 043 912 B4 further discloses a pendulum impact mechanism for testing materials and determining the mechanical properties of a material that loads a test specimen through impact. Two pendulums that can move towards each other are provided. The test specimen can be attached to the end piece of one pendulum in such a way that when the two pendulums collide, the test specimen is loaded with the relative speed of the pendulums. The pendulums are arranged to rotate around a common axis.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zum Bestimmen von mechanischen Eigenschaften eines Werkstücks durch dynamische Belastung bereitzustellen.The object of the invention is to provide an improved method for determining mechanical properties of a workpiece through dynamic loading.

Eine weitere Aufgabe ist es, eine Testvorrichtung zum Bestimmen von mechanischen Eigenschaften eines Werkstücks durch dynamische Belastung mit einem solchen verbesserten Verfahren zu schaffen.Another object is to provide a testing device for determining mechanical properties of a workpiece by dynamic loading using such an improved method.

Eine weitere Aufgabe ist es, ein Computerprogrammprodukt sowie eine Vorrichtung zur Datenverarbeitung für ein solches verbessertes Verfahren bereitzustellen.A further object is to provide a computer program product and a data processing device for such an improved method.

Die Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.The tasks are solved by the features of the independent claims. Favorable refinements and advantages of the invention result from the further claims, the description and the drawing.

Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren vorgeschlagen zum Bestimmen von mechanischen Eigenschaften eines Werkstücks durch dynamische Belastung eines Probenkörpers, welcher das Werkstück aufweist. Der Probenkörper ist an einer Halteeinheit einer Testvorrichtung fixiert und mit einer Zugeinheit verbunden, welche mit einer Stoßbelastung durch eine in Bewegung gesetzte Stoßeinheit beaufschlagt wird, wobei eine beim Auftreffen der Stoßeinheit auf die Zugeinheit an der Halteeinheit ausgeübte Kraft und/oder Beschleunigung erfasst wird, und wobei eine auf die Stoßeinheit ausgeübte Beschleunigung erfasst wird. Dabei werden die mechanischen Eigenschaften des Werkstücks durch Anpassen eines Simulationsmodells an die erfassten Werte der Kraft und/oder Beschleunigung an der Halteeinheit und/oder der Stoßeinheit bestimmt. According to one aspect of the invention, a method is proposed for determining mechanical properties of a workpiece by dynamically loading a test specimen which has the workpiece. The sample body is fixed to a holding unit of a test device and connected to a pulling unit, which is subjected to a shock load by a moving shock unit, a force and/or acceleration exerted on the holding unit when the shock unit hits the pulling unit being detected, and wherein an acceleration exerted on the impact unit is detected. The mechanical properties of the workpiece are determined by adapting a simulation model to the recorded values of the force and/or acceleration on the holding unit and/or the impact unit.

Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht vorteilhaft einen automatisierten Materialkartenableitungsprozess durch einen geschlossenen Prozessablauf zwischen Materialcharakterisierungstests und einem automatisierten Verfahren zur Materialkartenoptimierung. Die Materialcharakterisierung besteht aus fest definierten quasistatischen und dynamischen sogenannten Coupontests an einer Testvorrichtung, bei denen das Materialverhalten und das Versagen über Materialproben unter fest definierten Randbedingungen ermittelt wird.The proposed method advantageously enables automated material card processing process through a closed process flow between material characterization tests and an automated material card optimization process. The material characterization consists of firmly defined quasi-static and dynamic so-called coupon tests on a test device, in which the material behavior and failure is determined using material samples under clearly defined boundary conditions.

Mit dem Verfahren können dynamische Prüfungen und damit geschwindigkeitsabhängige Probenbelastungen generiert werden. Die Testvorrichtung ermöglicht die mechanische Charakterisierung von dynamisch belasteten Werkstoffproben oder kleinen Bauteilen unter definierten einachsigen oder zweiachsigen Spannungszuständen.The method can be used to generate dynamic tests and thus speed-dependent sample loads. The test device enables the mechanical characterization of dynamically loaded material samples or small components under defined uniaxial or biaxial stress conditions.

Dafür kann die Testvorrichtung beispielsweise wenigstens eine Kraftmesseinheit und/oder wenigstens eine Beschleunigungsmesseinheit aufweisen, welche mit der Halteeinheit mechanisch verbunden sind. Weiter kann die Testvorrichtung wenigstens eine weitere Beschleunigungsmesseinheit aufweisen, welche mit der Stoßeinheit mechanisch verbunden ist.For this purpose, the test device can, for example, have at least one force measuring unit and/or at least one acceleration measuring unit, which are mechanically connected to the holding unit. Furthermore, the test device can have at least one further acceleration measuring unit, which is mechanically connected to the impact unit.

Die Testdaten können vorteilhaft in einer Optimierungsumgebung verarbeitet werden. Dabei kann beispielsweise eine Schnittstelle zwischen den Testdaten, einer expliziten Simulationsumgebung und einem metamodellbasierenden Optimierer eingesetzt werden. Durch die Kombination von vordefinierten Coupontests und definierten Schnittstellen zu einem expliziten Lösungsalgorithmus können numerische Materialbeschreibungen mit diesem Prozessablauf automatisiert erstellt und direkt validiert werden.The test data can advantageously be processed in an optimization environment. For example, an interface between the test data, an explicit simulation environment and a metamodel-based optimizer can be used. By combining predefined coupon tests and defined interfaces into an explicit solution algorithm, numerical material descriptions can be automatically created and directly validated using this process flow.

Abhängig von dem Material, dem strukturellen Einsatz und der dominierenden Versagenscharakteristik werden unterschiedliche Materialbelastungen benötigt, um das Materialverhalten beschreiben zu können. Die Testvorrichtung liefert unterschiedliche Einspannungen, die hierzu passend ausgewählt werden können, um die Optimierung der Parameter durchzuführen. So können vorteilhaft unterschiedliche Belastungen von Druck, über Zug bis zur Biegung eingesetzt werden. Möglich wird dies durch eine Anpassung von Probeneinspannung und Stoßeinheit.Depending on the material, the structural use and the dominant failure characteristics, different material loads are required in order to be able to describe the material behavior. The test device provides different clampings that can be selected appropriately in order to optimize the parameters. Different loads from compression to tension to bending can be advantageously used. This is made possible by adjusting the sample clamping and impact unit.

Vorteilhaft kann das vorgeschlagene Verfahren zur Materialkartenableitung im Bereich von Fügeverbindungen eingesetzt werden. Günstigerweise können dabei angepasste Einspannungskonzepte für das Werkstück verwendet werden. Es geht hierbei darum, möglichst einachsige Spannungszustände in dem Fügebereich zu erhalten, wobei diese Belastung gezielt über die Stoßeinheit in den Probenkörper dynamisch eingeleitet wird. Ein angepasstes Optimierungsmodell wird dabei vorteilhaft eingesetzt, um die notwendigen Charakteristika zu ermitteln. Gegenüber dem Stand der Technik handelt es sich hierbei um wenigstens zwei Probenelemente mit Fügebereich. Im Fokus steht dabei das Fügeelement und nicht das zu fügende Material.The proposed method for material map derivation can be advantageously used in the area of joint connections. Adapted clamping concepts can advantageously be used for the workpiece. The aim here is to obtain as uniaxial stress states as possible in the joining area, with this load being dynamically introduced into the test body in a targeted manner via the impact unit. An adapted optimization model is advantageously used to determine the necessary characteristics. Compared to the prior art, this involves at least two sample elements with a joining area. The focus is on the joining element and not the material to be joined.

Bei der Testvorrichtung können die Stoßeinheit, die Probendefinitionen und die Einspannung an Fügeverbindungen angepasst sein. Für Fügeverbindungen gibt es unterschiedliche Belastungsformen wie Zug, Schälung, Schub und Torsion, die zu einem Versagen der Fügung führen können und separat ermittelt werden müssen. Dennoch liefert jeder dieser Werte schon einen Teilbereich einer Fügung, womit ggf. auch nur dominierte Versagenswerte für die Simulation ermittelt werden, während andere nur elastisch betrachtet werden, wie beispielsweise Torsion.In the test device, the impact unit, the sample definitions and the clamping can be adapted to joint connections. There are different types of loads for joint connections, such as tension, peeling, shear and torsion, which can lead to joint failure and must be determined separately. Nevertheless, each of these values already provides a partial range of a joint, which may only determine dominated failure values for the simulation, while others are only considered elastically, such as torsion.

Im Fokus können hier flächige Fügeverbindungen wie Klebungen, aber auch punktuelle Fügeelemente wie Nieten und Schrauben sein.The focus here can be on flat joints such as adhesive bonds, but also on point joining elements such as rivets and screws.

Vorteilhaft können so nach dem vorgeschlagenen Verfahren an und mit einem Werkstück vorteilhaft dynamisches Anbindungsverhalten bzw. Materialverhalten als Input für numerische Materialkarten-Kalibrierungen und zur Bestimmung dynamischer Festigkeiten ermittelt werden.Using the proposed method, dynamic bonding behavior or material behavior can advantageously be determined on and with a workpiece as input for numerical material card calibrations and for determining dynamic strengths.

Das Werkstück repräsentiert dabei das zu ermittelnde Materialelement bzw. Fügeelement. Dieses kann wenigstens eines der folgenden Materialelemente, bzw. Verbindungselemente darstellen: Ein großvolumiges Materialelement, beispielsweise ein Schaumkern, ein dicker Kunststoff, ein Füllstoff oder dergleichen; ein punktuelles Verbindungselement, beispielsweise ein Niet, ein Schweißpunkt oder dergleichen; ein lineares Verbindungselement, beispielsweise Schweißungen; ein flächiges Verbindungselement, beispielsweise Klebungen; eine Deckschichtanbindung. Hierbei repräsentiert das Werkstück sowohl Material, beispielsweise einen Schaumkern, als auch eine Klebung, wobei die Anbindung Material zu Deckschicht analysiert wird. Zu untersuchende Fügeverbindungen können auch an der Anbindung des Werkstücks an die beiden Probenelemente und/oder an die Halteeinheit und/oder Zugeinheit angeordnet sein.The workpiece represents the material element or joining element to be determined. This can represent at least one of the following material elements or connecting elements: A large-volume material element, for example a foam core, a thick plastic, a filler or the like; a point connecting element, for example a rivet, a spot weld or the like; a linear connecting element, for example welds; a flat connecting element, for example adhesives; a top layer connection. Here, the workpiece represents both material, for example a foam core, and an adhesive, whereby the connection between the material and the cover layer is analyzed. Joining connections to be examined can also be arranged at the connection of the workpiece to the two sample elements and/or to the holding unit and/or tension unit.

Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens kann das Werkstück über eine oder mehrere Fügeverbindungen mit dem Probenkörper mechanisch verbunden werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Werkstück mit einer oder mehreren Fügeverbindungen ausgebildet werden. Vorteilhaft können so Fügeverbindungen untersucht werden, die zwischen einem Werkstück und beispielsweise einem Probenelement als Teil des Probenkörpers bestehen oder mit denen das Werkstück im Probenkörper befestigt ist. Jedoch ist auch möglich, dass das Werkstück selbst Fügeverbindungen aufweist, die untersucht werden.According to a favorable embodiment of the method, the workpiece can be mechanically connected to the test body via one or more joining connections. Alternatively or additionally, the workpiece can be formed with one or more joining connections. In this way, joint connections can advantageously be examined between a workpiece and, for example a sample element as part of the sample body or with which the workpiece is fastened in the sample body. However, it is also possible that the workpiece itself has joint connections that are examined.

Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens kann das Werkstück mit wenigstens zwei Materialien und/oder Strukturen ausgebildet werden, welche durch punktförmige und/oder linienförmige und/oder flächige Fügeverbindungen verbunden werden. Mittels des vorgeschlagenen Verfahrens können so ganz unterschiedlich ausgeprägte Fügeverbindungen untersucht werden und daraus die entsprechenden Materialkenndaten abgeleitet werden.According to a favorable embodiment of the method, the workpiece can be formed with at least two materials and/or structures, which are connected by point-shaped and/or linear and/or flat joining connections. Using the proposed method, very different joint connections can be examined and the corresponding material characteristics can be derived from them.

Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens kann das Werkstück durch wenigstens zwei punktförmige und/oder linienförmige und/oder flächige Fügeverbindungen mit dem Probenkörper und/oder der Halteeinheit und/oder der Zugeinheit verbunden werden. So können Fügeverbindungen direkt der Befestigung des Werkstücks im Probenkörper oder in der Halteeinheit oder in der Zugeinheit dienen. Auf diese Weise können vorteilhaft unterschiedliche Anforderungen an Fügeverbindungen getestet werden.According to a favorable embodiment of the method, the workpiece can be connected to the test body and/or the holding unit and/or the tension unit by at least two point-shaped and/or linear and/or flat joining connections. Joining connections can be used directly to fasten the workpiece in the test specimen or in the holding unit or in the tension unit. In this way, different requirements for joining connections can advantageously be tested.

Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens kann das Werkstück und/oder die Fügeverbindung auf Schub oder Zug belastet werden. Auf diese Weise können an Fügeverbindungen unterschiedliche Belastungsformen wie beispielsweise Zug, Schälung, Schub oder Torsion, die zu einem Versagen der Fügung führen können, separat ermittelt werden.According to a favorable embodiment of the method, the workpiece and/or the joining connection can be subjected to shear or tension loading. In this way, different forms of stress on joints, such as tension, peeling, shear or torsion, which can lead to failure of the joint, can be determined separately.

Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens kann das Werkstück und/oder die Fügeverbindung auf Schälung oder Torsion belastet werden. Auf diese Weise können an Fügeverbindungen unterschiedliche Belastungsformen wie beispielsweise Zug, Schälung, Schub oder Torsion, die zu einem Versagen der Fügung führen können, separat ermittelt werden.According to a favorable embodiment of the method, the workpiece and/or the joint connection can be subjected to peeling or torsion. In this way, different forms of stress on joints, such as tension, peeling, shear or torsion, which can lead to failure of the joint, can be determined separately.

Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens können Parameter des Simulationsmodells mittels eines Optimierungsverfahrens an die erfassten Werte der Kraft und/oder Beschleunigung an der Halteeinheit und/oder der Stoßeinheit angepasst werden. Die Testdaten können vorteilhaft in einer Optimierungsumgebung verarbeitet werden. Dabei kann beispielsweise eine Schnittstelle zwischen den Testdaten, einer expliziten Simulationsumgebung und einem metamodellbasierenden Optimierer eingesetzt werden. Durch die Kombination von vordefinierten Coupontests und definierten Schnittstellen zu einem expliziten Lösungsalgorithmus können numerische Materialbeschreibungen mit diesem Prozessablauf automatisiert erstellt und direkt validiert werden. Die angepassten Parameter können vorteilhaft die gewünschten Materialkenndaten bereitstellen.According to a favorable embodiment of the method, parameters of the simulation model can be adapted to the recorded values of the force and/or acceleration on the holding unit and/or the impact unit using an optimization method. The test data can advantageously be processed in an optimization environment. For example, an interface between the test data, an explicit simulation environment and a metamodel-based optimizer can be used. By combining predefined coupon tests and defined interfaces into an explicit solution algorithm, numerical material descriptions can be automatically created and directly validated using this process flow. The adapted parameters can advantageously provide the desired material characteristics.

Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens können die mechanischen Eigenschaften des Werkstücks mittels wenigstens einer Werkstoffprüfung aus der Gruppe von Schubkalibrierung, doppelte Schubkalibrierung, Zugkalibrierung, Ablösungskalibrierung, Schälungskalibrierung, Torsionskalibrierung bestimmt werden. Auf diese Weise können an Fügeverbindungen unterschiedliche Belastungsformen wie beispielsweise Zug, Schälung, Schub oder Torsion, die zu einem Versagen der Fügung führen können, separat ermittelt werden.According to a favorable embodiment of the method, the mechanical properties of the workpiece can be determined by means of at least one material test from the group of shear calibration, double shear calibration, tension calibration, separation calibration, peel calibration, torsion calibration. In this way, different forms of stress on joints, such as tension, peeling, shear or torsion, which can lead to failure of the joint, can be determined separately.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Testvorrichtung zum Bestimmen von mechanischen Eigenschaften eines Werkstücks durch dynamische Belastung vorgeschlagen, umfassend eine Halteeinheit zum Positionieren eines Probenkörpers, welcher das Werkstück aufweist, eine Zugeinheit zur Aufnahme einer Stoßbelastung, wobei der Probenkörper an der Halteeinheit fixiert ist und mit der Zugeinheit verbunden ist, eine Belastungseinrichtung zum Stoßbelasten der Zugeinheit mittels einer in Bewegung gesetzten Stoßeinheit, und eine Datenverarbeitungsvorrichtung zur Aufnahme und/oder zur Simulation von Kraft- und/oder Beschleunigungsdaten. Dabei sind wenigstens eine Kraftmesseinheit und/oder wenigstens eine erste Beschleunigungsmesseinheit an der Halteeinheit angeordnet, welche eine beim Auftreffen der Stoßeinheit an der Halteeinheit ausgeübte Kraft und/oder Beschleunigung bestimmen. Wenigstens eine zweite Beschleunigungsmesseinheit ist an der Stoßeinheit angeordnet, welche eine auf die Stoßeinheit ausgeübte Beschleunigung bestimmt. Die Datenverarbeitungsvorrichtung weist ein darin ablaufendes Programm auf, das zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften des Werkstücks ausgebildet ist.According to a further aspect of the invention, a test device for determining mechanical properties of a workpiece by dynamic loading is proposed, comprising a holding unit for positioning a sample body which has the workpiece, a tension unit for absorbing a shock load, the sample body being fixed to the holding unit and is connected to the traction unit, a loading device for impact loading of the traction unit by means of a shock unit set in motion, and a data processing device for recording and/or simulating force and/or acceleration data. At least one force measuring unit and/or at least one first acceleration measuring unit are arranged on the holding unit, which determine a force and/or acceleration exerted when the impact unit hits the holding unit. At least one second acceleration measuring unit is arranged on the impact unit, which determines an acceleration exerted on the impact unit. The data processing device has a program running therein which is designed to determine the mechanical properties of the workpiece.

Die vorgeschlagene Testvorrichtung ermöglicht vorteilhaft einen automatisierten Materialkartenableitungsprozess durch einen geschlossenen Prozessablauf zwischen Materialcharakterisierungstests und einem automatisierten Verfahren zur Materialkartenoptimierung. Die Materialcharakterisierung besteht aus fest definierten quasistatischen und dynamischen sogenannten Coupontests an der Testvorrichtung, bei denen das Materialverhalten und das Versagen über Materialproben unter fest definierten Randbedingungen ermittelt wird.The proposed test device advantageously enables an automated material card derivation process through a closed process flow between material characterization tests and an automated method for material card optimization. The material characterization consists of firmly defined quasi-static and dynamic so-called coupon tests on the test device, in which the material behavior and failure is determined using material samples under clearly defined boundary conditions.

Abhängig von dem Material, dem strukturellen Einsatz und der dominierenden Versagenscharakteristik werden unterschiedliche Materialbelastungen benötigt, um das Materialverhalten beschreiben zu können. Die Testvorrichtung liefert unterschiedliche Einspannungen, die hierzu passend ausgewählt werden können, um die Optimierung der Parameter durchzuführen. So können vorteilhaft unterschiedliche Belastungen von Druck, über Zug bis zur Biegung eingesetzt werden. Möglich wird dies durch eine Anpassung von Probeneinspannung und Stoßeinheit.Depending on the material, the structural use and the dominant failure characteristics, different material loads are required to describe the material behavior to be able to. The test device provides different clampings that can be selected appropriately in order to optimize the parameters. Different loads from compression to tension to bending can be advantageously used. This is made possible by adjusting the sample clamping and impact unit.

Vorteilhaft kann die vorgeschlagene Testvorrichtung zur Materialkartenableitung im Bereich von Fügeverbindungen eingesetzt werden. Günstigerweise können dabei angepasste Einspannungskonzepte für das Werkstück verwendet werden. Es geht hierbei darum, möglichst einachsige Spannungszustände in dem Fügebereich zu erhalten, wobei diese Belastung gezielt über die Stoßeinheit in den Probenkörper dynamisch eingeleitet wird. Ein angepasstes Optimierungsmodell wird dabei vorteilhaft eingesetzt, um die notwendigen Charakteristika zu ermitteln. Gegenüber dem Stand der Technik handelt es sich hierbei um wenigstens zwei Probenelemente mit Fügebereich. Im Fokus steht dabei das Fügeelement und nicht das zu fügende Material.The proposed test device can advantageously be used for material map derivation in the area of joint connections. Adapted clamping concepts can advantageously be used for the workpiece. The aim here is to obtain as uniaxial stress states as possible in the joining area, with this load being dynamically introduced into the test body in a targeted manner via the impact unit. An adapted optimization model is advantageously used to determine the necessary characteristics. Compared to the prior art, this involves at least two sample elements with a joining area. The focus is on the joining element and not the material to be joined.

Vorteilhaft können so mit der vorgeschlagenen Testvorrichtung an und mit einem Werkstück vorteilhaft dynamisches Anbindungsverhalten bzw. Materialverhalten als Input für numerische Materialkarten-Kalibrierungen und zur Bestimmung dynamischer Festigkeiten ermittelt werden.Advantageously, with the proposed test device on and with a workpiece, dynamic bonding behavior or material behavior can be advantageously determined as input for numerical material card calibrations and for determining dynamic strengths.

Mit der Testvorrichtung können dynamische Prüfungen und damit geschwindigkeitsabhängige Probenbelastungen generiert werden. Die Testvorrichtung ermöglicht die mechanische Charakterisierung von dynamisch belasteten Werkstoffproben oder kleinen Bauteilen unter definierten einachsigen oder zweiachsigen Spannungszuständen.The test device can be used to generate dynamic tests and thus speed-dependent sample loads. The test device enables the mechanical characterization of dynamically loaded material samples or small components under defined uniaxial or biaxial stress conditions.

Nach einer günstigen Ausgestaltung der Testvorrichtung kann die Datenverarbeitungsvorrichtung ausgebildet sein, Parameter eines Simulationsmodells an die erfassten Werte der Kraft und/oder Beschleunigung an der Halteeinheit und/oder der Stoßeinheit anzupassen. Die Testdaten können vorteilhaft in einer Optimierungsumgebung verarbeitet werden. Dabei kann beispielsweise eine Schnittstelle zwischen den Testdaten, einer expliziten Simulationsumgebung und einem metamodellbasierenden Optimierer eingesetzt werden. Durch die Kombination von vordefinierten Coupontests und definierten Schnittstellen zu einem expliziten Lösungsalgorithmus können numerische Materialbeschreibungen mit diesem Prozessablauf automatisiert erstellt und direkt validiert werden. Die angepassten Parameter können vorteilhaft die gewünschten Materialkenndaten bereitstellen.According to a favorable embodiment of the test device, the data processing device can be designed to adapt parameters of a simulation model to the recorded values of the force and/or acceleration on the holding unit and/or the impact unit. The test data can advantageously be processed in an optimization environment. For example, an interface between the test data, an explicit simulation environment and a metamodel-based optimizer can be used. By combining predefined coupon tests and defined interfaces into an explicit solution algorithm, numerical material descriptions can be automatically created and directly validated using this process flow. The adapted parameters can advantageously provide the desired material characteristics.

Nach einer günstigen Ausgestaltung der Testvorrichtung kann das Werkstück über eine oder mehrere Fügeverbindungen mit dem Probenkörper mechanisch verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Werkstück eine oder mehrere Fügeverbindungen aufweisen. Vorteilhaft können so Fügeverbindungen untersucht werden, die zwischen einem Werkstück und beispielsweise einem Probenelement als Teil des Probenkörpers bestehen oder mit denen das Werkstück im Probenkörper befestigt ist. Jedoch ist auch möglich, dass das Werkstück selbst Fügeverbindungen aufweist, die untersucht werden.According to a favorable embodiment of the test device, the workpiece can be mechanically connected to the test body via one or more joining connections. Alternatively or additionally, the workpiece can have one or more joining connections. In this way, joint connections can advantageously be examined which exist between a workpiece and, for example, a sample element as part of the sample body or with which the workpiece is fastened in the sample body. However, it is also possible that the workpiece itself has joint connections that are examined.

Nach einer günstigen Ausgestaltung der Testvorrichtung kann das Werkstück wenigstens zwei Materialien und/oder Strukturen umfassen, welche durch punktförmige und/oder linienförmige und/oder flächige Fügeverbindungen verbunden sind. So können Fügeverbindungen direkt der Befestigung des Werkstücks im Probenkörper oder in der Halteeinheit oder in der Zugeinheit dienen. Auf diese Weise können vorteilhaft unterschiedliche Anforderungen an Fügeverbindungen getestet werden.According to a favorable embodiment of the test device, the workpiece can comprise at least two materials and/or structures which are connected by point-shaped and/or linear and/or flat joining connections. Joining connections can be used directly to fasten the workpiece in the test specimen or in the holding unit or in the tension unit. In this way, different requirements for joining connections can advantageously be tested.

Nach einer günstigen Ausgestaltung der Testvorrichtung kann das Werkstück durch wenigstens zwei punktförmige und/oder linienförmige und/oder flächige Fügeverbindungen mit dem Probenkörper und/oder der Halteeinheit und/oder der Zugeinheit verbunden sein. So können Fügeverbindungen direkt der Befestigung des Werkstücks im Probenkörper oder in der Halteeinheit oder in der Zugeinheit dienen. Auf diese Weise können vorteilhaft unterschiedliche Anforderungen an Fügeverbindungen getestet werden.According to a favorable embodiment of the test device, the workpiece can be connected to the test body and/or the holding unit and/or the tension unit by at least two point-shaped and/or linear and/or flat joining connections. Joining connections can be used directly to fasten the workpiece in the test specimen or in the holding unit or in the tension unit. In this way, different requirements for joining connections can advantageously be tested.

Nach einer günstigen Ausgestaltung der Testvorrichtung kann die Belastungseinrichtung einen Pendelarm aufweisen, welcher um eine Drehachse schwenkbar ist, wobei die Stoßeinheit an einem Endstück des Pendelarms angeordnet ist. Mit dem Pendelarm können dynamische Prüfungen und damit geschwindigkeitsabhängige Probenbelastungen generiert werden. Der Pendelarm ermöglicht so vorteilhaft die mechanische Charakterisierung von dynamisch belasteten Werkstoffproben oder kleinen Bauteilen unter definierten einachsigen oder zweiachsigen Spannungszuständen.According to a favorable embodiment of the test device, the loading device can have a pendulum arm which can be pivoted about an axis of rotation, with the impact unit being arranged at an end piece of the pendulum arm. The pendulum arm can be used to generate dynamic tests and thus speed-dependent sample loads. The pendulum arm advantageously enables the mechanical characterization of dynamically loaded material samples or small components under defined uniaxial or biaxial stress conditions.

Nach einer günstigen Ausgestaltung der Testvorrichtung kann die Belastungseinrichtung eine Winkelmesseinheit aufweisen. Insbesondere kann eine Winkelmesseinheit an einer Drehachse des Pendelarms der Belastungseinrichtung angeordnet sein. Auf diese Weise können vorteilhaft Geschwindigkeitswerte und Beschleunigungswerte der Belastungseinrichtung und insbesondere der Stoßeinheit bestimmt und bei der Simulation für die Bestimmung der Materialparameter verwendet werden.According to a favorable embodiment of the test device, the loading device can have an angle measuring unit. In particular, an angle measuring unit can be arranged on a rotation axis of the pendulum arm of the loading device. In this way, speed values and acceleration values of the loading device and in particular of the impact unit can advantageously be determined and used in the simulation to determine the material parameters.

Nach einer günstigen Ausgestaltung der Testvorrichtung kann die Stoßeinheit zwei Stoßelemente aufweisen, welche die Zugeinheit in Bewegungsrichtung der Stoßeinheit symmetrisch belasten. Dadurch kann ein doppelter beidseitiger Schub auf das Werkstück mit der Fügeverbindung aufgebracht werden.According to a favorable embodiment of the test device, the impact unit can have two impact elements which load the pulling unit symmetrically in the direction of movement of the impact unit. This allows a double thrust on both sides to be applied to the workpiece with the joint connection.

Nach einer günstigen Ausgestaltung der Testvorrichtung kann der Probenkörper wenigstens ein erstes Probenelement und ein zweites Probenelement aufweisen, wobei das Werkstück zwischen dem ersten Probenelement und dem zweiten Probenelement angeordnet ist. Dabei kann das erste Probenelement mit der Halteeinheit verbunden sein und das zweite Probenelement kann mit der Zugeinheit verbunden sein. Auf diese Weise können an Fügeverbindungen unterschiedliche Belastungsformen wie beispielsweise Zug, Schälung, Schub oder Torsion, die zu einem Versagen der Fügung führen können, separat ermittelt werden.According to a favorable embodiment of the test device, the sample body can have at least a first sample element and a second sample element, the workpiece being arranged between the first sample element and the second sample element. The first sample element can be connected to the holding unit and the second sample element can be connected to the tension unit. In this way, different forms of stress on joints, such as tension, peeling, shear or torsion, which can lead to failure of the joint, can be determined separately.

Nach einer günstigen Ausgestaltung der Testvorrichtung kann der Probenkörper wenigstens ein zweites Probenelement aufweisen, wobei das Werkstück zwischen dem zweiten Probenelement und der Halteeinheit angeordnet ist.According to a favorable embodiment of the test device, the sample body can have at least one second sample element, the workpiece being arranged between the second sample element and the holding unit.

Dabei kann das Werkstück mit der Halteeinheit verbunden sein und das zweite Probenelement kann mit der Zugeinheit verbunden sein. Auf diese Weise können an Fügeverbindungen unterschiedliche Belastungsformen wie beispielsweise Zug, Schälung, Schub oder Torsion, die zu einem Versagen der Fügung führen können, separat ermittelt werden.The workpiece can be connected to the holding unit and the second sample element can be connected to the tension unit. In this way, different forms of stress on joints, such as tension, peeling, shear or torsion, which can lead to failure of the joint, can be determined separately.

Nach einer günstigen Ausgestaltung der Testvorrichtung kann das Werkstück mit der Halteeinheit und der Zugeinheit verbunden sein. Vorteilhaft können so Fügeverbindungen zwischen Werkstück und Halteeinheit bzw. zwischen Werkstück und Zugeinheit ausgebildet sein, die auf diese Weise vorteilhaft charakterisiert werden können.According to a favorable embodiment of the test device, the workpiece can be connected to the holding unit and the pulling unit. Joint connections can advantageously be formed between the workpiece and the holding unit or between the workpiece and the tension unit, which can be advantageously characterized in this way.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, das Befehle oder Steueranweisungen umfasst, die bei ihrer Ausführung durch einen Computer, insbesondere eine Vorrichtung zur Datenverarbeitung oder die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren genannte Datenverarbeitungseinrichtung, diesen Computer dazu veranlasst, zumindest eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere automatisch oder teilautomatisch, auszuführen. Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt kann ein Computerprogramm sein. Das erfindungsgemäße Verfahren kann dementsprechend also ganz oder teilweise computerimplementiert oder computerimplementierbar sein, also durch ein solches Computerprogramm oder einen entsprechenden Programmcode kodiert oder repräsentiert werden. Ebenso kann das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt ein computerlesbarer Datenträger sein, auf dem ein entsprechendes Computerprogramm gespeichert ist.According to a further aspect of the invention, a computer program product is proposed which comprises commands or control instructions which, when executed by a computer, in particular a device for data processing or the data processing device mentioned in connection with the method according to the invention, cause this computer to execute at least one variant of the To carry out the method according to the invention, in particular automatically or semi-automatically. The computer program product according to the invention can be a computer program. The method according to the invention can accordingly be fully or partially computer-implemented or computer-implementable, i.e. coded or represented by such a computer program or a corresponding program code. Likewise, the computer program product according to the invention can be a computer-readable data carrier on which a corresponding computer program is stored.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Datenverarbeitung vorgeschlagen. Diese Vorrichtung weist Mittel zum, insbesondere automatisierten oder teilautomatisierten, Ausführen zumindest einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens auf. Diese Mittel können insbesondere die im Zusammenhang mit der genannten Datenverarbeitungseinrichtung beschriebenen Mittel sein. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zum Ausführen des Verfahrens beziehungsweise des entsprechenden Computerprogramms oder Programmcodes also insbesondere einen entsprechenden Prozessor, einen Datenspeicher und wenigstens eine Eingabe- und/oder Ausgabeschnittstelle aufweisen. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Vorrichtung das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt umfassen.According to a further aspect of the invention, a device for data processing is proposed. This device has means for, in particular automated or partially automated, execution of at least one variant of the invention according to the procedure. These means can in particular be the means described in connection with the data processing device mentioned. In order to execute the method or the corresponding computer program or program code, the device according to the invention can in particular have a corresponding processor, a data memory and at least one input and/or output interface. In particular, the device according to the invention can comprise the computer program product according to the invention.

Da die erfindungsgemäße Vorrichtung also insbesondere zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet sein kann und das erfindungsgemäße Verfahren also mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgeführt werden kann, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung entsprechend einige oder alle der im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Eigenschaften und/oder Merkmale aufweisen.Since the device according to the invention can be set up in particular to carry out the method according to the invention and the method according to the invention can therefore be carried out by means of the device according to the invention, the device according to the invention can accordingly have some or all of the properties and/or features described in connection with the method according to the invention.

Zeichnungdrawing

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages result from the following drawing description. Exemplary embodiments of the invention are shown in the figures. The figures, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will also expediently consider the features individually and combine them into further sensible combinations.

Es zeigen beispielhaft:

1 Probenkörper und Stoßeinheit einer Testvorrichtung zum Bestimmen von mechanischen Eigenschaften eines Werkstücks durch eine Schubbelastung eines Probenkörpers nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer schematischen Draufsicht;
2 die Testvorrichtung nach 1 in einer schematischen Seitenansicht;
3 die Testvorrichtung nach 2 mit einer Datenverarbeitungsvorrichtung in einer isometrischen Ansicht;
4 Probenkörper und Stoßeinheit für eine doppelte Schubbelastung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Draufsicht;
5 Probenkörper und Stoßeinheit für eine Zug-/Ablösungsbelastung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Draufsicht;
6 Probenkörper und Stoßeinheit für eine Zug-/Ablösungsbelastung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Draufsicht;
7 Probenkörper und Stoßeinheit für eine Zugbelastung und/oder Ablösungsbelastung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Draufsicht;
8 Probenkörper und Stoßeinheit für eine Schälungsbelastung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Draufsicht;
9 Probenkörper und Stoßeinheit für eine Schälungsbelastung nach 8 in einer Seitenansicht;
10 Probenkörper und Stoßeinheit für eine Torsionsbelastung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Vorderansicht;
11 Probenkörper und Stoßeinheit für eine Torsionsbelastung nach 10 in einer Draufsicht;
12 einen Prozessablauf zur automatisierten Materialkartengenerierung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
13 eine schematische Darstellung einer Datenverarbeitungsvorrichtung zum Ausführen eines Verfahrens zum Bestimmen von mechanischen Eigenschaften eines Werkstücks durch dynamische Belastung.

They show, for example:

1 Sample body and impact unit of a test device for determining mechanical properties of a workpiece by shear loading of a sample body according to an exemplary embodiment of the invention in a schematic top view;
2 the test device 1 in a schematic side view;
3 the test device 2 with a data processing device in an isometric view;
4 Sample body and impact unit for a double shear load according to a further exemplary embodiment of the invention in a top view;
5 Sample body and impact unit for a tensile/detachment load according to a further exemplary embodiment of the invention in a top view;
6 Sample body and impact unit for a tensile/detachment load according to a further exemplary embodiment of the invention in a top view;
7 Sample body and impact unit for a tensile load and/or detachment load according to a further exemplary embodiment of the invention in a top view;
8th Sample body and impact unit for a peeling load according to a further exemplary embodiment of the invention in a top view;
9 Test specimen and impact unit for a peeling load 8th in a side view;
10 Test body and impact unit for a torsional load according to a further exemplary embodiment of the invention in a front view;
11 Test body and impact unit for a torsional load 10 in a top view;
12 a process flow for automated material card generation according to an embodiment of the invention; and
13 a schematic representation of a data processing device for carrying out a method for determining mechanical properties of a workpiece through dynamic loading.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In den Figuren sind gleichartige oder gleichwirkende Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.In the figures, components of the same type or with the same effect are numbered with the same reference numerals. The figures only show examples and are not to be understood as limiting.

Im Folgenden verwendete Richtungsterminologie mit Begriffen wie „links“, „rechts“, „oben“, „unten“, „davor“ „dahinter“, „danach“ und dergleichen dient lediglich dem besseren Verständnis der Figuren und soll in keinem Fall eine Beschränkung der Allgemeinheit darstellen. Die dargestellten Komponenten und Elemente, deren Auslegung und Verwendung können im Sinne der Überlegungen eines Fachmanns variieren und an die jeweiligen Anwendungen angepasst werden.Directional terminology used below with terms such as “left”, “right”, “top”, “bottom”, “before”, “behind”, “after” and the like only serves to better understand the figures and is in no way intended to limit the represent generality. The components and elements shown, their design and use can vary according to the considerations of a person skilled in the art and can be adapted to the respective applications.

1 zeigt Probenkörper 12 und Stoßeinheit 32 einer Testvorrichtung 100 zum Bestimmen von mechanischen Eigenschaften eines Werkstücks 10 durch eine Schubbelastung eines Probenkörpers 12 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer schematischen Draufsicht, während in 2 die Testvorrichtung 100 in einer schematischen Seitenansicht dargestellt ist. 3 zeigt die Testvorrichtung 100 mit einer Datenverarbeitungsvorrichtung 500 in einer isometrischen Ansicht. 1 shows sample body 12 and impact unit 32 of a test device 100 for determining mechanical properties of a workpiece 10 by shear loading of a sample body 12 according to an embodiment of the invention in a schematic top view, while in 2 the test device 100 is shown in a schematic side view. 3 shows the test device 100 with a data processing device 500 in an isometric view.

In 3 sind die verschiedenen Ansichten der Testvorrichtung 100 definiert. Eine Draufsicht stellt eine Ansicht in Z-Richtung dar, eine Seitenansicht eine Ansicht in Y-Richtung, eine Vorderansicht in X-Richtung.In 3 the different views of the test device 100 are defined. A top view represents a view in the Z direction, a side view represents a view in the Y direction, and a front view represents a view in the X direction.

Die Testvorrichtung 100 umfasst eine Halteeinheit 20 zum Positionieren des Probenkörpers 12, welcher das Werkstück 10 aufweist, eine Zugeinheit 22 zur Aufnahme einer Stoßbelastung. Der Probenkörper 12 ist an der Halteeinheit 20 fixiert und mit der Zugeinheit 22 verbunden. Weiter umfasst die Testvorrichtung 100 eine Belastungseinrichtung 30 zum Stoßbelasten der Zugeinheit 22 mittels einer in Bewegung gesetzten Stoßeinheit 32, sowie eine Datenverarbeitungsvorrichtung 500 zur Aufnahme und/oder zur Simulation von Kraft- und/oder Beschleunigungsdaten.The test device 100 includes a holding unit 20 for positioning the sample body 12, which has the workpiece 10, a tension unit 22 for absorbing a shock load. The sample body 12 is fixed to the holding unit 20 and connected to the pulling unit 22. The test device 100 further comprises a loading device 30 for subjecting the traction unit 22 to shock loading by means of a shock unit 32 set in motion, as well as a data processing device 500 for recording and/or simulating force and/or acceleration data.

An der Halteeinheit 20 sind wenigstens eine Kraftmesseinheit 50 und/oder wenigstens eine erste Beschleunigungsmesseinheit 52 angeordnet, welche eine beim Auftreffen der Stoßeinheit 32 an der Halteeinheit 20 ausgeübte Kraft und/oder Beschleunigung bestimmen. Kraftmesseinheit 50 und Beschleunigungseinheit 52 sind jeweils schematisch dargestellt. Wenigstens eine zweite Beschleunigungsmesseinheit 54 ist an der Stoßeinheit 32 angeordnet, welche eine auf die Stoßeinheit 32 ausgeübte Beschleunigung bestimmt.At least one force measuring unit 50 and/or at least one first acceleration measuring unit 52 are arranged on the holding unit 20, which determine a force and/or acceleration exerted when the impact unit 32 hits the holding unit 20. Force measuring unit 50 and acceleration unit 52 are each shown schematically. At least a second acceleration measuring unit 54 is arranged on the impact unit 32, which determines an acceleration exerted on the impact unit 32.

Die Datenverarbeitungsvorrichtung 500 weist ein darin ablaufendes Programm auf, das zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften des Werkstücks 10 ausgebildet ist.The data processing device 500 has a program running therein which is designed to determine the mechanical properties of the workpiece 10.

Die Belastungseinrichtung 30 weist einen Pendelarm 38 auf, welcher um eine Drehachse 40 schwenkbar ist. Die Stoßeinheit 32 ist dabei an einem Endstück 42 des Pendelarms 38 angeordnet.The loading device 30 has a pendulum arm 38, which can be pivoted about an axis of rotation 40. The impact unit 32 is arranged on an end piece 42 of the pendulum arm 38.

Die Belastungseinrichtung 30 weist weiter eine Winkelmesseinheit 56 auf, welche an einer Drehachse 40 des Pendelarms 38 der Belastungseinrichtung 30 angeordnet ist.The loading device 30 further has an angle measuring unit 56, which is arranged on a rotation axis 40 of the pendulum arm 38 of the loading device 30.

Die Datenverarbeitungsvorrichtung 500 ist ausgebildet, Parameter eines Simulationsmodells an die erfassten Werte der Kraft und/oder Beschleunigung an der Halteeinheit 20 und/oder der Stoßeinheit 32 anzupassen.The data processing device 500 is designed to adapt parameters of a simulation model to the recorded values of the force and/or acceleration on the holding unit 20 and/or the impact unit 32.

Die dynamische Charakterisierung von Fügeverbindungen stellt spezielle Anforderungen und daraus abgeleitete Merkmale an die einzuschlagende Stoßeinheit 32, an die Probengeometrie und an die zugrundeliegende Einspannung des Werkstücks 10 bzw. des Probenkörpers 12.The dynamic characterization of joint connections places special requirements and characteristics derived therefrom on the impact unit 32 to be driven in, on the sample geometry and on the underlying clamping of the workpiece 10 or the sample body 12.

Die mechanischen Eigenschaften des Werkstücks 10 können mit der vorgeschlagenen Testvorrichtung 100 mittels wenigstens einer Werkstoffprüfung aus der Gruppe von Schubkalibrierung, doppelte Schubkalibrierung, Zugkalibrierung, Ablösungskalibrierung, Schälungskalibrierung, Torsionskalibrierung bestimmt werden.The mechanical properties of the workpiece 10 can be determined with the proposed test device 100 by means of at least one material test from the group of shear calibration, double shear calibration, tensile calibration, separation calibration, peel calibration, torsion calibration.

Die Merkmale der Einspannung unterscheiden sich gemäß den zu untersuchenden Lastfällen bzw. der zu untersuchenden Fügeverbindung. Die Fügeverbindung kann hierbei in punktuelle Fügungen, wie beispielsweise Niete, Schrauben, Punktschweißen, und dergleichen, und flächige Fügungen wie Klebungen oder Schweißverbindungen, wie beispielsweise Laserschweißungen, unterteilt werden.The characteristics of the clamping differ depending on the load cases to be examined or the joint to be examined. The joint connection can be divided into point joints, such as rivets, screws, spot welding, and the like, and flat joints such as adhesive bonds or welded joints, such as laser welding.

Bei dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Stoßeinheit 32 zwei Stoßelemente 34, 36 auf, welche die Zugeinheit 22 in Bewegungsrichtung 62 der Stoßeinheit 32 symmetrisch belasten. Je nach Art der Belastungsprüfung kann die Stoßeinheit 32 unterschiedlich ausgebildet sein.With the one in the 1 and 2 In the exemplary embodiment shown, the shock unit 32 has two shock elements 34, 36, which load the pulling unit 22 symmetrically in the direction of movement 62 of the shock unit 32. Depending on the type of load test, the impact unit 32 can be designed differently.

Der Probenkörper 12 weist ein erstes Probenelement 14 und ein zweites Probenelement 16 auf. Dabei ist das Werkstück 10 zwischen dem ersten Probenelement 14 und dem zweiten Probenelement 16 angeordnet. Das erste Probenelement 14 ist mit der Halteeinheit 20 verbunden und das zweite Probenelement 16 ist mit der Zugeinheit 22 verbunden.The sample body 12 has a first sample element 14 and a second sample element 16. The workpiece 10 is arranged between the first sample element 14 and the second sample element 16. The first sample element 14 is connected to the holding unit 20 and the second sample element 16 is connected to the pulling unit 22.

Das Werkstück 10 ist über Fügeverbindungen 18 mit dem Probenkörper 12 mechanisch fest verbunden.The workpiece 10 is mechanically firmly connected to the sample body 12 via joint connections 18.

Das Werkstück 10 repräsentiert dabei das zu untersuchende Materialelement bzw. Fügeelement. Dieses kann wenigstens eines der folgenden Materialelemente, bzw. Verbindungselemente darstellen: ein großvolumiges Materialelement, beispielsweise ein Schaumkern, ein dicker Kunststoff, ein Füllstoff oder dergleichen; ein punktuelles Verbindungselement, beispielsweise ein Niet, ein Schweißpunkt oder dergleichen; ein lineares Verbindungselement, beispielsweise Schweißungen; ein flächiges Verbindungselement, beispielsweise Klebungen; eine Deckschichtanbindung. Hierbei repräsentiert das Werkstück 10 sowohl Material, beispielsweise einen Schaumkern, als auch eine Klebung, wobei die Anbindung Material zu Deckschicht analysiert werden kann. Zu untersuchende Fügeverbindungen können auch an der Anbindung des Werkstücks an die beiden Probenelemente und/oder an die Halteeinheit und/oder Zugeinheit angeordnet sein.The workpiece 10 represents the material element or joining element to be examined. This can represent at least one of the following material elements or connecting elements: a large-volume material element, for example a foam core, a thick plastic, a filler or the like; a point connecting element, for example a rivet, a spot weld or the like; a linear connecting element, for example welds; a flat connecting element, for example adhesives; a top layer connection. Here, the workpiece 10 represents both material, for example a foam core, and an adhesive, whereby the connection between the material and the cover layer can be analyzed. Joining connections to be examined can also be arranged at the connection of the workpiece to the two sample elements and/or to the holding unit and/or tension unit.

Weiter kann das Werkstück 10 selbst Fügeverbindungen 18 aufweisen, welche Gegenstand der Belastungsuntersuchungen sein können. Beispielsweise kann das Werkstück 10 als Verbindungselement oder Sandwichkernelement oder als Klebebereich ausgebildet sein.Furthermore, the workpiece 10 itself can have joining connections 18, which are the subject of the Stress tests can be. For example, the workpiece 10 can be designed as a connecting element or sandwich core element or as an adhesive area.

Weiter kann das Werkstück 10 wenigstens zwei Materialien und/oder Strukturen umfassen, welche durch punktförmige und/oder linienförmige und/oder flächige Fügeverbindungen 18 verbunden sind.Furthermore, the workpiece 10 can comprise at least two materials and/or structures which are connected by point-shaped and/or linear and/or flat joining connections 18.

Das Werkstück 10 kann auch durch wenigstens zwei punktförmige und/oder linienförmige und/oder flächige Fügeverbindungen 18 mit dem Probenkörper 12 und/oder der Halteeinheit 20 und/oder der Zugeinheit 22 verbunden sein.The workpiece 10 can also be connected to the sample body 12 and/or the holding unit 20 and/or the tension unit 22 by at least two point-shaped and/or linear and/or flat joining connections 18.

Bei dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Werkstück 10 mit dem ersten Probenelement 14 über eine Fügeverbindung 18 verbunden. Das erste Probenelement 14 ist an der Halteeinheit 20 befestigt. Die Halteeinheit 20 selbst ist fest mit einer Bodenplatte 28 verbunden.With the one in the 1 and 2 In the exemplary embodiment shown, the workpiece 10 is connected to the first sample element 14 via a joining connection 18. The first sample element 14 is attached to the holding unit 20. The holding unit 20 itself is firmly connected to a base plate 28.

Weiter ist das Werkstück 10 mit dem zweiten Probenelement 16 über eine Fügeverbindung 18 verbunden. Das zweite Probenelement 16 selbst ist über ein Verbindungselement 24 mit der Zugeinheit 22 verbunden. Das zweite Probenelement 16 ist über ein Auflageelement 26 an der Bodenplatte 28 abgestützt, kann sich aber in der Bewegungsrichtung 60 frei bewegen.Furthermore, the workpiece 10 is connected to the second sample element 16 via a joining connection 18. The second sample element 16 itself is connected to the traction unit 22 via a connecting element 24. The second sample element 16 is supported on the base plate 28 via a support element 26, but can move freely in the direction of movement 60.

Der Pendelarm 38 ist über eine Drehachse 40 mit einem Festlager 44 verbunden. Die Winkelmesseinheit 56 ist über die Drehachse 40 mit dem Pendelarm 38 gekoppelt.The pendulum arm 38 is connected to a fixed bearing 44 via a rotation axis 40. The angle measuring unit 56 is coupled to the pendulum arm 38 via the axis of rotation 40.

Die Stoßeinheit 32 weist zwei Stoßelemente 34, 36 auf, welche über und mit der zweiten Beschleunigungseinheit 54 verbunden sind. Wie in 2 erkennbar, ist die Stoßeinheit 32 an dem Endstück 42 des Pendelarms 38 angeordnet. Je nach Art der Belastungsprüfung kann die Stoßeinheit 32 unterschiedlich ausgebildet sein. So können die zwei Stoßelemente 34, 36 bezüglich der Schwenkebene des Pendelarms 38 übereinander angeordnet sein, oder auch nebeneinander.The shock unit 32 has two shock elements 34, 36, which are connected above and to the second acceleration unit 54. As in 2 can be seen, the impact unit 32 is arranged on the end piece 42 of the pendulum arm 38. Depending on the type of load test, the impact unit 32 can be designed differently. The two impact elements 34, 36 can be arranged one above the other with respect to the pivoting plane of the pendulum arm 38, or also next to one another.

Nach dem vorgeschlagenen Verfahren zum Bestimmen von mechanischen Eigenschaften des Werkstücks 10 durch dynamische Belastung des Probenkörpers 12, welcher das Werkstück 10 aufweist, wird der Probenkörper 12 an der Halteeinheit 20 der Testvorrichtung 100 fixiert und mit der Zugeinheit 22 verbunden. Die Zugeinheit 20 wird mit einer Stoßbelastung durch die in Bewegung gesetzte Stoßeinheit 32 beaufschlagt. Dabei wird eine beim Auftreffen der Stoßeinheit 32 auf die Zugeinheit 22 an der Halteeinheit 20 ausgeübte Kraft und/oder Beschleunigung erfasst. Außerdem wird eine auf die Stoßeinheit 32 ausgeübte Beschleunigung erfasst.According to the proposed method for determining mechanical properties of the workpiece 10 by dynamic loading of the sample body 12, which has the workpiece 10, the sample body 12 is fixed to the holding unit 20 of the test device 100 and connected to the tension unit 22. The traction unit 20 is subjected to a shock load by the shock unit 32 that is set in motion. A force and/or acceleration exerted on the holding unit 20 when the impact unit 32 hits the pulling unit 22 is detected. In addition, an acceleration exerted on the shock unit 32 is detected.

Die mechanischen Eigenschaften des Werkstücks 10 werden dann durch Anpassen von Parametern eines Simulationsmodells an die erfassten Werte der Kraft und/oder Beschleunigung an der Halteeinheit 20 und/oder der Stoßeinheit 32 bestimmt.The mechanical properties of the workpiece 10 are then determined by adapting parameters of a simulation model to the recorded values of the force and/or acceleration at the holding unit 20 and/or the impact unit 32.

Das in den 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel dient zur Untersuchung der Auswirkung einer Schubbelastung auf das Werkstück 10 bzw. auf Fügeverbindungen in dem Werkstück 10 und/oder mit Halteeinheit 20 und Zugeinheit 22. Das Werkstück 10 und/oder die Fügeverbindung 18 kann dabei auf Schub oder Zug belastet werden.That in the 1 and 2 The exemplary embodiment shown is used to examine the effect of a shear load on the workpiece 10 or on joint connections in the workpiece 10 and/or with the holding unit 20 and tension unit 22. The workpiece 10 and/or the joint connection 18 can be subjected to shear or tension loads.

Bei der Messung wird der Pendelarm 38 aus einer senkrechten Stellung ausgelenkt und freigegeben. Durch die Schwerkraft führt der Pendelarm dann eine Pendelbewegung 64 zurück in die Senkrechte und darüber hinausgehend aus. Dabei bewegen sich die Stoßelemente 34, 36, der Stoßeinheit 32 in der Bewegungsrichtung 62 an der Halteeinheit 20 vorbei, lassen den Probenkörper 12 zwischen sich und treffen am Ende auf die Zugeinheit 22. Die Zugeinheit 22 wird dadurch in der Bewegungsrichtung 60 belastet. Diese Zugbelastung wirkt über das zweite Probenelement 16, das Werkstück 10, das erste Probenelement 14 auf das Halteelement 20 und die jeweiligen Fügeverbindungen dazwischen. Diese Fügeverbindungen werden dabei auf Schub belastet.During the measurement, the pendulum arm 38 is deflected from a vertical position and released. Due to gravity, the pendulum arm then carries out a pendulum movement 64 back to the vertical and beyond. The impact elements 34, 36, of the impact unit 32 move past the holding unit 20 in the direction of movement 62, leave the sample body 12 between them and ultimately hit the traction unit 22. The traction unit 22 is thereby loaded in the direction of movement 60. This tensile load acts via the second sample element 16, the workpiece 10, the first sample element 14 on the holding element 20 and the respective joint connections between them. These joints are subjected to shear loads.

Die mit der Kraftmesseinheit 50 bestimmten Kraftwerte sowie die mit der ersten Beschleunigungsmesseinheit 52 und der zweiten Beschleunigungsmesseinheit 54 bestimmten Beschleunigungswerte werden mit der Datenverarbeitungsvorrichtung 500 registriert.The force values determined with the force measuring unit 50 and the acceleration values determined with the first acceleration measuring unit 52 and the second acceleration measuring unit 54 are registered with the data processing device 500.

Die Datenverarbeitungsvorrichtung 500 kann ein Simulationsmodell der experimentellen Anordnung aufweisen, dessen Parameter an die gemessenen Werte von Kraft und Beschleunigung angepasst werden. Parameter des Simulationsmodells können dabei insbesondere mittels eines Optimierungsverfahrens an die erfassten Werte der Kraft und/oder Beschleunigung an der Halteeinheit 20 und/oder der Stoßeinheit 32 angepasst werden. Je nach Detaillierung des Simulationsmodells können die Fügeverbindungen über Messungen mit verschiedenen Kraft- und Beschleunigungswerten dann charakterisiert werden. Auf diese Weise können vorteilhaft mechanische Eigenschaften von Werkstücken 10 mit Fügeverbindungen bestimmt werden.The data processing device 500 may have a simulation model of the experimental arrangement, the parameters of which are adapted to the measured values of force and acceleration. Parameters of the simulation model can be adapted to the recorded values of the force and/or acceleration on the holding unit 20 and/or the impact unit 32, in particular by means of an optimization method. Depending on the detail of the simulation model, the joining connections can then be characterized using measurements with different force and acceleration values. In this way, mechanical properties of workpieces 10 with joint connections can advantageously be determined.

Das in 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel dient so als experimenteller Aufbau für eine automatisierte Schubkalibrierung.This in 1 and 2 The illustrated embodiment serves as an experimental setup for automated thrust calibration.

4 zeigt Probenkörper 12 und Stoßeinheit 32 für eine doppelte Schubbelastung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Draufsicht. 4 shows sample body 12 and impact unit 32 for a double shear load according to a further exemplary embodiment of the invention in a top view.

Das in 4 dargestellte Ausführungsbeispiel dient als experimenteller Aufbau für eine automatisierte dynamische doppelte Schubkalibrierung, beispielsweise an einer Klebung.This in 4 The illustrated embodiment serves as an experimental setup for an automated dynamic double thrust calibration, for example on a bond.

Bei diesem Ausführungsmodell ist das Werkstück 10 zweiteilig ausgebildet. Beide Teile sind zu beiden Seiten des ersten Probenelements 14 angeordnet, welches an der Halteeinheit 20 fixiert ist. Die außen liegenden Seiten der beiden Teile des Werkstücks 10 sind mit jeweils einem zweiten Probenelement 16 verbunden, welches wiederum über Verbindungselemente 24 an der Zugeinheit 22 fixiert ist. Auf diese Weise können die beiden Stoßelemente 34, 36 der Stoßeinheit 32 zu beiden Seiten des Probenkörpers 12 auf die Zugeinheit 22 auftreffen und so die beiden Teile des Werkstücks 10 symmetrisch belastet werden. Auf diese Weise kann das Werkstück 10 vorteilhaft mit doppeltem Schub beansprucht werden.In this embodiment model, the workpiece 10 is designed in two parts. Both parts are arranged on both sides of the first sample element 14, which is fixed to the holding unit 20. The outer sides of the two parts of the workpiece 10 are each connected to a second sample element 16, which in turn is fixed to the tension unit 22 via connecting elements 24. In this way, the two impact elements 34, 36 of the impact unit 32 can impact the tension unit 22 on both sides of the sample body 12 and the two parts of the workpiece 10 can thus be loaded symmetrically. In this way, the workpiece 10 can advantageously be subjected to double thrust.

In den 5 bis 7 sind Ausführungsbeispiele dargestellt, bei denen die Werkstücke 10 auf Zug und/oder Ablösung geprüft werden können. Die Ausführungsbeispiele dienen als experimenteller Aufbau für eine automatisierte Zug-/Ablösungskalibrierung, beispielsweise an einem Schaum oder einer Deckschichtanbindung.In the 5 until 7 Examples of embodiments are shown in which the workpieces 10 can be checked for tension and/or detachment. The exemplary embodiments serve as an experimental setup for an automated tension/release calibration, for example on a foam or a cover layer connection.

5 zeigt Probenkörper 12 und Stoßeinheit 32 eine Zug-/Ablösungsbelastung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel in einer Seitenansicht. 5 shows sample body 12 and impact unit 32 a tensile/detachment load according to a further exemplary embodiment in a side view.

Der Probenkörper 12 weist nur ein zweites Probenelement 16 auf. Das Werkstück 10 ist zwischen dem zweiten Probenelement 16 und der Halteeinheit 20 angeordnet, und mit der Halteeinheit 20 verbunden. Das zweite Probenelement 16 ist mit der Zugeinheit 22 verbunden. Das Werkstück 10 ist mit dem zweiten Probenelement 16 über eine Fügeverbindung 18 verbunden und das zweite Probenelement 16 ist mit der Zugeinheit 22 über eine Fügeverbindung 18 verbunden. Beide Fügeverbindungen 18 lassen sich nach dem vorgeschlagenen Verfahren vorteilhaft charakterisieren.The sample body 12 only has a second sample element 16. The workpiece 10 is arranged between the second sample element 16 and the holding unit 20 and connected to the holding unit 20. The second sample element 16 is connected to the pulling unit 22. The workpiece 10 is connected to the second sample element 16 via a joining connection 18 and the second sample element 16 is connected to the tension unit 22 via a joining connection 18. Both joining connections 18 can be advantageously characterized using the proposed method.

In 6 sind Probenkörper 12 und Stoßeinheit 32 für eine Zug-/Ablösungsbelastung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Draufsicht dargestellt.In 6 are sample body 12 and impact unit 32 for a tensile / detachment load according to a further embodiment of the invention shown in a top view.

In diesem Fall ist das zweite Probenelement 16 weggelassen und das Werkstück jeweils über eine zu prüfende Fügeverbindung 18 mit der Halteeinheit 20 und mit der Zugeinheit 22 verbunden. Die Zugeinheit 22 wird, wie bei dem Ausführungsbeispiel in 5, durch die Stoßelemente 34, 36 symmetrisch belastet.In this case, the second sample element 16 is omitted and the workpiece is connected to the holding unit 20 and to the pulling unit 22 via a joining connection 18 to be tested. The pulling unit 22 is, as in the exemplary embodiment in 5 , loaded symmetrically by the shock elements 34, 36.

7 zeigt Probenkörper 12 und Stoßeinheit 32 für eine Zugbelastung und/oder Ablösungsbelastung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Draufsicht. 7 shows sample body 12 and impact unit 32 for a tensile load and/or detachment load according to a further exemplary embodiment of the invention in a top view.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Werkstück 10 zwischen den beiden Probenelementen 14, 16 angeordnet, welche wiederum über Fügeverbindungen 18 mit der Halteeinheit 20 und mit der Zugeinheit 22 verbunden sind. Die Zugeinheit 22 wird durch die Stoßelemente 34, 36 symmetrisch belastet. Werkstück 10 und/oder Fügeverbindungen 18 lassen sich so vorteilhaft mit der Testvorrichtung 100 charakterisieren.In this exemplary embodiment, the workpiece 10 is arranged between the two sample elements 14, 16, which in turn are connected to the holding unit 20 and to the tension unit 22 via joining connections 18. The pulling unit 22 is loaded symmetrically by the impact elements 34, 36. Workpiece 10 and/or joint connections 18 can thus be advantageously characterized with the test device 100.

8 zeigt Probenkörper 12 und Stoßeinheit 32 für eine Schälungsbelastung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Draufsicht. In 9 sind Probenkörper 12 und Stoßeinheit 32 in einer Seitenansicht dargestellt. 8th shows sample body 12 and impact unit 32 for a peeling load according to a further exemplary embodiment of the invention in a top view. In 9 Sample body 12 and impact unit 32 are shown in a side view.

Das Ausführungsbeispiel dient als experimenteller Aufbau für eine automatisierte dynamische Schälungskalibrierung, beispielsweise an einem Schaum oder einer Klebung.The exemplary embodiment serves as an experimental setup for an automated dynamic peel calibration, for example on a foam or an adhesive.

Die Belastung des Probenkörpers 12 geschieht in diesem Ausführungsbeispiel einseitig. Die Bewegungsrichtungen 62, 60 von Stoßeinheit 32 und Zugeinheit 22 liegen in der Zeichenebene wie bei den Ausführungsbeispielen der vorigen Figuren.In this exemplary embodiment, the load on the sample body 12 is one-sided. The directions of movement 62, 60 of the pushing unit 32 and pulling unit 22 lie in the plane of the drawing as in the exemplary embodiments of the previous figures.

Das stabförmig ausgebildete Werkstück 10 ist zwischen den beiden ebenfalls stabförmig ausgebildeten Probenelementen 34, 36 flächig eingebunden. Das erste Probenelement 14 ist über eine Fügeverbindung 18 an die Halteeinheit 20 angebunden. Das zweite Probenelement 16 ist ebenfalls über eine Fügeverbindung 18 an die Zugeinheit 22 angebunden. Damit die beiden Stoßelemente 34, 36 auf die Zugeinheit 22 auftreffen können, weist die Zugeinheit 22 ein rohrförmiges Verlängerungselement 23 auf. Werkstück 10 und Fügeverbindungen 18 werden beim Auftreffen der Stoßeinheit 32 senkrecht zu den Fügeverbindungen 18 einseitig belastet, sodass Werkstück 10 und Fügeverbindungen 18 auf Schälung geprüft werden können.The rod-shaped workpiece 10 is integrated flat between the two sample elements 34, 36, which are also rod-shaped. The first sample element 14 is connected to the holding unit 20 via a joining connection 18. The second sample element 16 is also connected to the tension unit 22 via a joining connection 18. So that the two impact elements 34, 36 can impact the pulling unit 22, the pulling unit 22 has a tubular extension element 23. Workpiece 10 and joint connections 18 are loaded on one side when the impact unit 32 hits perpendicular to the joint connections 18, so that workpiece 10 and joint connections 18 can be checked for peeling.

In 10 sind Probenkörper 12 und Stoßeinheit 32 für eine Torsionsbelastung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Vorderansicht dargestellt, also senkrecht zur Bewegungsrichtung 62 der Stoßeinheit, während die Testvorrichtung 100 in 11 in einer Draufsicht von oben zu sehen ist.In 10 are sample body 12 and shock unit 32 for a torsional load according to a further embodiment of the invention shown in a front view, i.e. perpendicular to the direction of movement 62 of the shock unit, while the test device 100 in 11 can be seen in a plan view from above.

Das Ausführungsbeispiel dient als experimenteller Aufbau für eine automatisierte dynamische Torsionskalibrierung, beispielsweise an einem Schaum oder einer Klebung.The exemplary embodiment serves as an experimental setup for an automated dynamic torsion calibration, for example on a foam or an adhesive.

Die Bewegungsrichtungen 60, 62 von Stoßeinheit 32 und Zugeinheit 22 sind in 10 aus der Zeichnungsebene heraus gerichtet, die Stoßeinheit 32 befindet sich also hinter der Zeichenebene, während die Bewegungsrichtungen 60, 62 in 11 in der Zeichnungsebene liegen.The directions of movement 60, 62 of the pushing unit 32 and pulling unit 22 are in 10 directed out of the drawing plane, the impact unit 32 is therefore located behind the drawing plane, while the movement directions 60, 62 in 11 lie in the drawing plane.

Werkstück 10 und Fügeverbindungen 18 werden beim Auftreffen der Stoßeinheit 32 parallel zu den Fügeverbindungen 18 einseitig belastet, sodass Werkstück 10 und Fügeverbindungen 18 auf Torsion geprüft werden können.Workpiece 10 and joint connections 18 are loaded on one side parallel to the joint connections 18 when the impact unit 32 impacts, so that workpiece 10 and joint connections 18 can be checked for torsion.

12 zeigt einen Prozessablauf zur automatisierten Materialkartengenerierung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 12 shows a process flow for automated material card generation according to an exemplary embodiment of the invention.

Im Prozessschritt S100 werden der Ablauf der automatisierten Materialkartengenerierung gesteuert und die Ergebnisse gesammelt. Der eigentliche Prüfprozess beginnt in Schritt S102 mit einer Konditionierung des Probenkörpers 12 mit dem Werkstück 10. Im Schritt S104 werden sodann quasistatische Coupontests durchgeführt, gefolgt von den dynamischen Coupontests in Schritt S106.In process step S100, the process of automated material card generation is controlled and the results are collected. The actual testing process begins in step S102 with conditioning of the sample body 12 with the workpiece 10. Quasi-static coupon tests are then carried out in step S104, followed by the dynamic coupon tests in step S106.

Die Messergebnisse fließen wieder im Schritt S100 zusammen und werden von dort in das System S200 zur automatisierten Materialkartengenerierung transferiert. In einer Simulation S202 wird die Messung nachgestellt und mit Hilfe einer Optimierungsumgebung S204 werden Parameter des Simulationsmodells angepasst. Die Parameter des optimierten Simulationsmodells fließen als Materialkenndaten wieder zurück nach Schritt S100 zur Ausgabe der bestimmten Materialkarten.The measurement results flow together again in step S100 and are transferred from there to the system S200 for automated material card generation. The measurement is recreated in a simulation S202 and parameters of the simulation model are adjusted with the help of an optimization environment S204. The parameters of the optimized simulation model flow back as material characteristics after step S100 to output the specific material cards.

13 zeigt hierzu eine schematische Darstellung einer Datenverarbeitungsvorrichtung 500, beispielsweise eines Computers 510, zum Ausführen eines Verfahrens zum Bestimmen von mechanischen Eigenschaften eines Werkstücks durch dynamische Belastung. Die Datenverarbeitungsvorrichtung 500 weist hier einen Datenspeicher 514, einen damit verbundenen Prozessor 512 und eine mit diesem verbundene Schnittstelle 516 zum Empfangen und Ausgeben von Daten auf. Weiter weist die Datenverarbeitungsvorrichtung 500 eine Schnittstelle zu externen Einrichtungen 518, wie beispielsweise einem Netzwerk oder einem externen Speichersystem, auf. Auf dem Datenspeicher 514 ist hier ein Computerprogramm 520 gespeichert, das das Verfahren implementiert. Entsprechende Programmmodule 522 repräsentieren hier die Verfahrensschritte, wie sie in 12 dargestellt sind. 13 shows a schematic representation of a data processing device 500, for example a computer 510, for carrying out a method for determining mechanical properties of a workpiece through dynamic loading. The data processing device 500 here has a data memory 514, a processor 512 connected thereto and an interface 516 connected thereto for receiving and outputting data. Furthermore, the data processing device 500 has an interface to external devices 518, such as a network or an external storage system. A computer program 520 that implements the method is stored here on the data memory 514. Corresponding program modules 522 represent the process steps here, as in 12 are shown.

BezugszeichenReference symbols

1010: Werkstückworkpiece
1212: Probenkörperspecimen
1414: erstes Probenelementfirst sample element
1616: zweites Probenelementsecond sample element
1818: Fügeverbindungjoint connection
2020: HalteeinheitHolding unit
2222: ZugeinheitTraction unit
2323: VerlängerungselementExtension element
2424: Verbindungselementconnecting element
2626: AuflageelementSupport element
2828: Bodenplattebase plate
3030: BelastungseinrichtungLoad facility
3232: StoßeinheitShock unit
3434: StoßelementShock element
3636: StoßelementShock element
3838: PendelarmPendulum arm
4040: DrehachseAxis of rotation
4242: EndstückEnd piece
4444: Festlagerfixed camp
5050: KraftmesseinheitForce measuring unit
5252: erste Beschleunigungsmesseinheitfirst acceleration measurement unit
5454: zweite Beschleunigungsmesseinheitsecond acceleration measuring unit
5656: WinkelmesseinheitAngle measuring unit
6060: Bewegungsrichtung ZugeinheitDirection of movement of the train unit
6262: Bewegungsrichtung StoßeinheitDirection of movement of the shock unit
6464: PendelbewegungPendulum movement
7070: DatenverarbeitungssystemData processing system
100100: TestvorrichtungTest device
500500: DatenverarbeitungsvorrichtungData processing device
S100S100: Steuerung ProzessablaufProcess flow control
S102S102: KonditionierungConditioning
S104S104: quasistatische Coupontestsquasi-static coupon tests
S106S106: dynamische Coupontestsdynamic coupon tests
S200S200: System zur automatisierten MaterialkartengenerierungSystem for automated material card generation
S202S202: Simulationsimulation
S204S204: Optimierung optimization
XX: VorderansichtFront view
YY: SeitenansichtSide view
ZZ: DraufsichtTop view

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102005048251 B4 [0003]DE 102005048251 B4 [0003]
DE 102006043912 B4 [0004]DE 102006043912 B4 [0004]

Claims

Verfahren zum Bestimmen von mechanischen Eigenschaften eines Werkstücks (10) durch dynamische Belastung eines Probenkörpers (12), welcher das Werkstück (10) aufweist, wobei der Probenkörper (12) an einer Halteeinheit (20) einer Testvorrichtung (100) fixiert und mit einer Zugeinheit (22) verbunden ist, welche mit einer Stoßbelastung durch eine in Bewegung gesetzte Stoßeinheit (32) beaufschlagt wird, wobei eine beim Auftreffen der Stoßeinheit (32) auf die Zugeinheit (22) an der Halteeinheit (20) ausgeübte Kraft und/oder Beschleunigung erfasst wird, wobei eine auf die Stoßeinheit (32) ausgeübte Beschleunigung erfasst wird, wobei die mechanischen Eigenschaften des Werkstücks (10) durch Anpassen eines Simulationsmodells an die erfassten Werte der Kraft und/oder Beschleunigung an der Halteeinheit (20) und/oder der Stoßeinheit (32) bestimmt werden.Method for determining mechanical properties of a workpiece (10) by dynamically loading a test specimen (12) which has the workpiece (10), wherein the test body (12) is fixed to a holding unit (20) of a test device (100) and is connected to a tension unit (22), which is subjected to a shock load by a shock unit (32) set in motion, wherein a force and/or acceleration exerted on the holding unit (20) when the impact unit (32) hits the pulling unit (22) is detected, wherein an acceleration exerted on the impact unit (32) is detected, wherein the mechanical properties of the workpiece (10) are determined by adapting a simulation model to the recorded values of the force and/or acceleration at the holding unit (20) and/or the impact unit (32).

Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Werkstück (10) über eine oder mehrere Fügeverbindungen (18) mit dem Probenkörper (12) mechanisch verbunden wird und/oder mit Fügeverbindungen (18) ausgebildet wird.Procedure according to Claim 1 , wherein the workpiece (10) is mechanically connected to the test body (12) via one or more joining connections (18) and / or is formed with joining connections (18).

Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Werkstück (10) mit wenigstens zwei Materialien und/oder Strukturen ausgebildet wird, welche durch punktförmige und/oder linienförmige und/oder flächige Fügeverbindungen (18) verbunden werden.Procedure according to Claim 2 , wherein the workpiece (10) is formed with at least two materials and / or structures, which are connected by point-shaped and / or linear and / or flat joining connections (18).

Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Werkstück (10) durch wenigstens zwei punktförmige und/oder linienförmige und/oder flächige Fügeverbindungen (18) mit dem Probenkörper (12) und/oder der Halteeinheit (20) und/oder der Zugeinheit (22) verbunden wird.Procedure according to Claim 2 or 3 , wherein the workpiece (10) is connected to the test body (12) and/or the holding unit (20) and/or the tension unit (22) by at least two point-shaped and/or linear and/or flat joining connections (18).

Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das Werkstück (10) und/oder die Fügeverbindung (18) auf Schub oder Zug belastet wird.Procedure according to one of the Claims 2 until 4 , whereby the workpiece (10) and/or the joining connection (18) is subjected to shear or tension loading.

Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei das Werkstück (10) und/oder die Fügeverbindung (18) auf Schälung oder Torsion belastet wird.Procedure according to one of the Claims 2 until 5 , whereby the workpiece (10) and/or the joining connection (18) is subjected to peeling or torsion.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Parameter des Simulationsmodells mittels eines Optimierungsverfahrens an die erfassten Werte der Kraft und/oder Beschleunigung an der Halteeinheit (20) und/oder der Stoßeinheit (32) angepasst werden.Method according to one of the preceding claims, wherein parameters of the simulation model are adapted to the recorded values of the force and/or acceleration on the holding unit (20) and/or the impact unit (32) by means of an optimization method.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mechanischen Eigenschaften des Werkstücks (10) mittels wenigstens einer Werkstoffprüfung aus der Gruppe von Schubkalibrierung, doppelte Schubkalibrierung, Zugkalibrierung, Ablösungskalibrierung, Schälungskalibrierung, Torsionskalibrierung bestimmt werden.Method according to one of the preceding claims, wherein the mechanical properties of the workpiece (10) are determined by means of at least one material test from the group of shear calibration, double shear calibration, tension calibration, separation calibration, peel calibration, torsion calibration.

Testvorrichtung (100) zum Bestimmen von mechanischen Eigenschaften eines Werkstücks (10) durch dynamische Belastung, umfassend - eine Halteeinheit (20) zum Positionieren eines Probenkörpers (12), welcher das Werkstück (10) aufweist, - eine Zugeinheit (22) zur Aufnahme einer Stoßbelastung, wobei der Probenkörper (12) an der Halteeinheit (20) fixiert ist und mit der Zugeinheit (22) verbunden ist, - eine Belastungseinrichtung (30) zum Stoßbelasten der Zugeinheit (22) mittels einer in Bewegung gesetzten Stoßeinheit (32), - eine Datenverarbeitungsvorrichtung (500) zur Aufnahme und/oder zur Simulation von Kraft- und/oder Beschleunigungsdaten, wobei wenigstens eine Kraftmesseinheit (50) und/oder wenigstens eine erste Beschleunigungsmesseinheit (52) an der Halteeinheit (20) angeordnet sind, welche eine beim Auftreffen der Stoßeinheit (32) an der Halteeinheit (20) ausgeübte Kraft und/oder Beschleunigung bestimmen, wobei wenigstens eine zweite Beschleunigungsmesseinheit (54) an der Stoßeinheit (32) angeordnet ist, welche eine auf die Stoßeinheit (32) ausgeübte Beschleunigung bestimmt, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung (500) ein darin ablaufendes Programm aufweist, das zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften des Werkstücks (10) ausgebildet ist.Test device (100) for determining mechanical properties of a workpiece (10) by dynamic loading, comprising - a holding unit (20) for positioning a sample body (12) which has the workpiece (10), - a pulling unit (22) for absorbing a shock load, the test body (12) being fixed to the holding unit (20) and being connected to the pulling unit (22), - a loading device (30) for subjecting the pulling unit (22) to impact by means of a moving impact unit (32), - a data processing device (500) for recording and/or simulating force and/or acceleration data, wherein at least one force measuring unit (50) and/or at least one first acceleration measuring unit (52) are arranged on the holding unit (20), which determine a force and/or acceleration exerted when the impact unit (32) hits the holding unit (20), wherein at least one second acceleration measuring unit (54) is arranged on the impact unit (32), which determines an acceleration exerted on the impact unit (32), wherein the data processing device (500) has a program running therein which is designed to determine the mechanical properties of the workpiece (10).

Testvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung (500) ausgebildet ist, Parameter eines Simulationsmodells an die erfassten Werte der Kraft und/oder Beschleunigung an der Halteeinheit (20) und/oder der Stoßeinheit (32) anzupassen.Test device after Claim 9 , wherein the data processing device (500) is designed to adapt parameters of a simulation model to the recorded values of the force and / or acceleration on the holding unit (20) and / or the impact unit (32).

Testvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Werkstück (10) über eine oder mehrere Fügeverbindungen (18) mit dem Probenkörper (12) mechanisch verbunden ist und/oder eine oder mehrere Fügeverbindungen (18) aufweist.Test device after Claim 9 or 10 , wherein the workpiece (10) is mechanically connected to the test body (12) via one or more joining connections (18) and / or has one or more joining connections (18).

Testvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Werkstück (10) wenigstens zwei Materialien und/oder Strukturen umfasst, welche durch punktförmige und/oder linienförmige und/oder flächige Fügeverbindungen (18) verbunden sind.Test device after Claim 9 or 10 , wherein the workpiece (10) comprises at least two materials and/or structures which are connected by point-shaped and/or linear and/or flat joining connections (18).

Testvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Werkstück (10) durch wenigstens zwei punktförmige und/oder linienförmige und/oder flächige Fügeverbindungen (18) mit dem Probenkörper (12) und/oder der Halteeinheit (20) und/oder der Zugeinheit (22) verbunden ist.Test device after Claim 11 or 12 , wherein the workpiece (10) is connected to the test body (12) and/or the holding unit (20) and/or the tension unit (22) by at least two point-shaped and/or linear and/or flat joining connections (18).

Testvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die Belastungseinrichtung (30) einen Pendelarm (38) aufweist, welcher um eine Drehachse (40) schwenkbar ist, wobei die Stoßeinheit (32) an einem Endstück (42) des Pendelarms (38) angeordnet ist.Test device according to one of the Claims 9 until 13 , wherein the loading device (30) has a pendulum arm (38) which can be pivoted about an axis of rotation (40), the impact unit (32) being arranged on an end piece (42) of the pendulum arm (38).

Testvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei die Belastungseinrichtung (30) eine Winkelmesseinheit (56) aufweist, insbesondere wobei eine Winkelmesseinheit (56) an einer Drehachse (40) des Pendelarms (38) der Belastungseinrichtung (30) angeordnet ist.Test device according to one of the Claims 9 until 14 , wherein the loading device (30) has an angle measuring unit (56), in particular wherein an angle measuring unit (56) is arranged on a rotation axis (40) of the pendulum arm (38) of the loading device (30).

Testvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei die Stoßeinheit (32) zwei Stoßelemente (34, 36) aufweist, welche die Zugeinheit (22) in Bewegungsrichtung (62) der Stoßeinheit (32) symmetrisch belasten.Test device according to one of the Claims 9 until 15 , wherein the impact unit (32) has two impact elements (34, 36) which load the pulling unit (22) symmetrically in the direction of movement (62) of the impact unit (32).

Testvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, wobei der Probenkörper (12) wenigstens ein erstes Probenelement (14) und ein zweites Probenelement (16) aufweist, wobei das Werkstück (10) zwischen dem ersten Probenelement (14) und dem zweiten Probenelement (16) angeordnet ist, wobei das erste Probenelement (14) mit der Halteeinheit (20) verbunden ist und das zweite Probenelement (16) mit der Zugeinheit (22) verbunden ist.Test device according to one of the Claims 9 until 16 , wherein the sample body (12) has at least a first sample element (14) and a second sample element (16), the workpiece (10) being arranged between the first sample element (14) and the second sample element (16), the first sample element (14) is connected to the holding unit (20) and the second sample element (16) is connected to the pulling unit (22).

Testvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, wobei der Probenkörper (12) wenigstens ein zweites Probenelement (16) aufweist, wobei das Werkstück (10) zwischen dem zweiten Probenelement (16) und der Halteeinheit (20) angeordnet ist, wobei das Werkstück (10) mit der Halteeinheit (20) verbunden ist und das zweite Probenelement (16) mit der Zugeinheit (22) verbunden ist.Test device according to one of the Claims 9 until 17 , wherein the sample body (12) has at least one second sample element (16), the workpiece (10) being arranged between the second sample element (16) and the holding unit (20), the workpiece (10) being connected to the holding unit (20). is connected and the second sample element (16) is connected to the pulling unit (22).

Testvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 18, wobei das Werkstück (10) mit der Halteeinheit (20) und der Zugeinheit (22) verbunden ist.Test device according to one of the Claims 9 until 18 , wherein the workpiece (10) is connected to the holding unit (20) and the pulling unit (22).

Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei ihrer Ausführung durch einen Computer (510) diesen dazu veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, insbesondere automatisch, auszuführen.Computer program product, comprising instructions which, when executed by a computer (510), cause it to carry out a method according to one of the Claims 1 until 8th , especially automatically.

Vorrichtung (500) zur Datenverarbeitung, aufweisend Mittel (510, 512, 514, 516, 520, 522) zum, insbesondere automatisierten, Ausführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8.Device (500) for data processing, comprising means (510, 512, 514, 516, 520, 522) for, in particular automated, carrying out a method according to one of Claims 1 until 8th .