Wie funktioniert ein Split Hopkinson Bar?

Ein Split-Hopkinson-Bar-Versuch ist ein bewährtes und zuverlässiges Verfahren zur Materialprüfung. Im Gegensatz zu quasi-statischen Prüfmaschinen ist ein Split Hopkinson Bar in der Lage, Materialeigenschaften unter dynamischen Bedingungen zu ermitteln. Dank immer leistungsfähigerer Messtechnik erfreut sich das Verfahren unter Einsatz eines Split Hopkinson Bar in zahlreichen Anwendungen wachsender Beliebtheit.

Ein Split Hopkinson Bar wird zur dynamischen Ermittlung von Materialkonstanten wie dem Elastizitätsmodul oder auch der mechanischen Spannung verwendet. Der Elastizitätsmodul ist eine Materialkonstante, die ein Maß dafür darstellt, wie stark sich ein Bauteil unter Belastung verformt.

Die ursprüngliche Idee für solche Messungen wurde von dem englischen Ingenieur Bertram Hopkinson bereits 1914 vorgeschlagen. Der heute verwendete Aufbau geht auf eine Modifikation zurück, die 1949 von Herbert Kolsky in London entwickelt wurde. Man spricht daher manchmal auch von einem Split Hopkinson Kolsky Bar.

Die Materialprobe befindet sich in dem Split Hopkinson Bar zwischen zwei Stäben: dem Incident Bar und dem Transmission Bar. Ein so genannter Striker – zum Beispiel ein durch Druckluft beschleunigtes Geschoss – trifft auf den Incident Bar und verursacht dort einen Stoßimpuls.

Dieser Stoßimpuls durchläuft den ersten Stab. Ein Teil des Impulses wird am Stabende reflektiert, der andere Anteil setzt sich durch die Materialprobe hindurch in den Transmission Bar fort.

Dehnungsmessstreifen (DMS), die auf den Oberflächen des Incident Bar und des Transmission Bar angebracht sind, messen die auftretenden Dehnungen, die durch den Stoßimpuls verursacht werden. Mit Hilfe der DMS können die Amplituden der in den Incident Bar eingeleiteten Stoßimpulse, des reflektierten Impulses und des transmittierten Impulses bestimmt werden.

Anforderungen an die Messtechnik

Welche Anforderungen an die Messtechnik hat der Split Hopkinson Bar?

Neben Dehnungsmessstreifen an den Oberflächen des Incident Bar und Transmission Bar benötigt der erfolgreiche Betrieb eines Split Hopkinson Bar ein leistungsstarkes Messdatenerfassungssystem. So sieht es auch der aktuelle Stand der Forschung: „Generally speaking, the minmum frequency response of all the components in the data acquisition system should be 100 kHz. (Cheng / Song, Split Hopkinson Bar, S. 9)”.

Mit der “Genesis HighSpeed”-Serie bietet HBM Test and Measurement das passende Messdatenerfassungssystem für den Einsatz an einem Split Hopkinson Bar. HBM bietet zudem Dehnungsmessstreifen aus eigener Entwicklung und Produktion für die Applikation an einem Split Hopkinson Bar.

Ein Split-Hopkinson Bar oder eine statische Materialprüfmaschine?

Was ist der Unterschied zwischen der Verwendung eines Split Hopkinson Bar und einer statischen Materialprüfmaschine?

Den Elastizitätsmodul leitet man üblicherweise aus einem Spannungs-Dehnungs-Diagramm ab, das in einer Prüfmaschine unter quasi-statischen Bedingungen – also bei (sehr) kleinen Dehnraten – aufgenommen wird. Bei dynamischen Belastungen kann sich ein Werkstoff aber teilweise deutlich anders verhalten. Je nachdem ob in einer Konstruktion auch dynamische Belastungen auftreten, ist es für den Konstrukteur also wichtig, auch die dynamischen Materialeigenschaften des eingesetzten Werkstoffs zu kennen.

Eine einfache Materialprüfmaschine ist in der Regel nicht in der Lage, die notwendigen hohen Dehnraten aufzubringen.

Durchführung einer Messung mit Split Hopkinson Bar

An Introduction to Split-Hopkinson Bar Testing and Dynamic Strain Measurements (English)

 

Wo finde ich weitere Informationen?

Eine umfassende Erlauterung zu Funktionsweise und Anwendung eines Split Hopkinson Bar findet sich im Fachbuch von Weinong Chen, Bo Song: Split Hopkinson (Kolsky) Bar- Design, Testing and Applications.

Lesen Sie Auszüge dieses Buchs bei Google Books.

Sie können sich auch an die Bundesanstalt für Materialprüfung in Berlin wenden. Hier können Sie Materialeigenschaften ermitteln lassen. typo3/#_msocom_1


Kontakt / Fragen? Wir freuen uns auf Ihre Anfrage.