Die Herausforderungen der Dehnungsregelung
Warum Dehnungsregelung?
Einige der mechanischen Eigenschaften von Metallen werden von der Prüfgeschwindigkeit beeinflusst und sind daher „dehnratenempfindlich“. Im Jahr 2009 wurde einer der wichtigsten Normen für die Metallprüfung, ASTM E8, aktualisiert und um ein Verfahren ergänzt, das auf der Regelung der Dehnrate an der Probe basiert. Vor dieser Änderung konnten Prüfungen nur in Kraftregelung oder in Traversegeschwindigkeitsregelung durchgeführt werden, wobei die Gesamtsteifigkeit der Maschine die Geschwindigkeit an der Probe beeinflussen und zu Ergebnisunterschieden führen kann. Bei der Prüfung dehnratenempfindlicher Werkstoffe mit Traversegeschwindigkeitsregelung können die zulässigen Prüfgeschwindigkeiten zu einer Differenz von mehr als 10 % bei den Ergebnissen der Dehngrenze führen, wenn mit der langsamsten und der schnellsten in ASTM E8/E8M und ISO 6892-1 zulässigen Rate geprüft wird.
Die Durchführung einer Prüfung mit Dehnungsregelung ermöglicht es jedoch, die Prüfung mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durchzuführen, um die Maschinennachgiebigkeit zu kompensieren und eine konstante Dehnungsrate an der Probe aufrechtzuerhalten. Diese Methode erhöht den Durchsatz, indem die insgesamt erforderliche Prüfzeit reduziert wird. Sie kann auch Zeit sparen und verhindern, dass Proben für die Abstimmung der Prüfung verschwendet werden, da die geschlossene Dehnungsregelung im Gegensatz zur Spannungsregelungsmethode keine mehrfachen Versuch-und-Irrtum-Anpassungen der Traversengeschwindigkeit erfordert, um sicherzustellen, dass die Dehnungsrate den Prüfnormen entspricht.
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Anforderungen zur Erzielung einer geschlossenen Dehnungsregelung
Damit ein Prüfsystem eine geschlossene Dehnungsregelung erreichen kann, müssen bestimmte Anforderungen erfüllt sein. In allen Fällen ist es wichtig, dass die Prüfmaschine und das Extensometer von plötzlichen oder wiederholten Vibrationen oder Stößen isoliert sind, da dies zu Störungen bei Ihrer Prüfung führen könnte.
Ein Extensometer ist ein hochpräzises Gerät zur Messung der Verformung einer Probe. Extensometer eliminieren die Systemnachgiebigkeit aus der Dehnungsmessungsberechnung, aber es ist wichtig, dass das gewählte Extensometer für die Verfahrlänge der Probe geeignet ist und ein geeignetes Verhältnis von Parallellänge zu Messlänge aufweist.
Einspannvorrichtungen müssen die Probe während der Prüfung sicher halten, vorzugsweise mit hoher Steifigkeit und minimaler Nachgiebigkeit. Die Grafik zeigt, wie verschiedene Arten von Einspannvorrichtungen die Systemsteifigkeit beeinflussen können und wie eine Maschine mit Dehnungsregelung dies kompensieren müsste.
Der Lastrahmen des Prüfsystems benötigt ein präzises und stabiles Antriebssystem mit hoher Steifigkeit. Rechts ist eine Spannungs-Dehnungs-Kurve für nominell ähnliche Werkstoffe dargestellt – eine Prüfung auf einem Rahmen mit hoher Steifigkeit und die andere auf einem Rahmen mit geringer Steifigkeit. Unter Verwendung einer Berechnungsmethode mit geschätzter Dehnung werden beide Prüfungen bei einer konstanten Traversegeschwindigkeit von 2,25 mm/min durchgeführt. Es gab eine Differenz von 21 % bei der „Probengeschwindigkeit“ (ausgedrückt in mm/min), was zu einer Differenz von 5 % beim Streckgrenzenergebnis führte.
Dieses Diagramm zeigt die Differenz der Probengeschwindigkeit zwischen einem „steifen“ System und einem weniger steifen System. Zu Beginn der Prüfung ist zu sehen, dass die Traversbewegung sehr schnell in Dehnung an der Probe umgesetzt wird, während dies beim weniger steifen System länger dauert. Dies ist auf die Durchbiegung von Maschine/Kraftaufnehmer/Spannzeugen zurückzuführen, wodurch diese Bewegung nicht auf die Probe übertragen wird. Wenn beide Maschinen Dehnungsregelung verwenden würden, wären die Ergebnisse deutlich besser vergleichbar, allerdings dürfte die Regelung beim weniger steifen System anspruchsvoller sein.
Maschinen, die zur Dehnungsratenregelung fähig sind, benötigen einen reaktionsfähigen Regler und ein präzises und stabiles Antriebssystem, um die von der Prüfnorm geforderten Toleranzen einzuhalten. Einige Maschinen werden als in der Lage beworben, diese Methode zu erreichen, erfordern jedoch, dass der Benutzer die Verstärkungseinstellungen des Reglers manuell abstimmt, was selbst für den erfahrensten Systembediener schwierig sein kann.
Probe
Eine proportionale Probe und ein Extensometer mit proportionaler Messlänge sind ideal. In der Realität ist eine Probe mit einem guten Verhältnis von Messlänge zu Parallellänge gut geeignet, um die außerhalb der Messlänge auftretende Dehnung zu minimieren und die Regelung stabiler zu gestalten. Wenn Ihre Proben von diskontinuierlichem Fließen zu kontinuierlichem Fließen variieren, ist es wichtig, die Regelungsmethoden für jeden Typ zu ändern. Da bei diskontinuierlich fließendem Material lokales Fließen außerhalb der Messlänge auftreten kann, ist es unmöglich, dies über die Dehnungsrückmeldung zu regeln, und es sollte während der Streckgrenzendehnung [YPE/Ae] mit Traversengeschwindigkeitsregelung gearbeitet werden.
Vorteile der geschlossenen Dehnungsregelung
✓ Wiederholbarere und vergleichbarere Ergebnisse – Prüfergebnisse sind von Maschine zu Maschine zuverlässig
✓ Verbesserte Effizienz – Zeit pro Prüfung wird minimiert und Rüstzeit reduziert
✓ Keine Notwendigkeit zur Abstimmung mit einer Probe bei Verwendung eines Prüfsystems mit Regelelektronik der Serie 6800
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