Die Universität Siegen setzt HBM-Messtechnik seit mehr als vier Jahrzehnten ein...

...und es gibt immer wieder Neues zu entdecken.

Das Messen elektrischer oder physikalischer Größen wie Strom, Spannung, Dehnung, Temperatur und Druck ist unerlässlich für die Anhebung der Standards in der Produktion und im täglichen Leben. Daher haben einige Forschungseinrichtungen der Universität Siegen über die Jahre Messtechnik in ihren Forschungsprojekten eingesetzt. Bereits Anfang 1975 fanden Dehnungsmessstreifen und Messgeräte von HBM an der Universität Siegen Anwendung. Später wurde Dehnung und/oder Weg mit aus drei oder sogar sechs oder mehr Messverstärkern bestehenden Messsystemen von HBM bestimmt. Einige davon sind seit mehr als vier Jahrzehnten im Gebrauch, was für sich selbst spricht.

Vor kurzem wurden erstmals Datenerfassungssysteme der Serie Genesis HighSpeed von HBM wie GEN7t und GEN17tA in Projekten an verschiedenen Instituten der Universität Siegen eingesetzt.

Untersuchung der Bruchmechanik von Verbundwerkstoffen

Da Werkstoffe unterschiedlich auf statische und dynamische Belastungen reagieren, ist die Untersuchung des Materialverhaltens ein interessantes Thema für Forschungsteams. Mohammad Reza Khosravani, zu diesem Zeitpunkt Doktorand und nun Ph.D. in Maschinenbau, führte kürzlich Untersuchungen am Lehrstuhl für Festkörpermechanik der Universität Siegen durch; das Thema: „Experimental investigations on the dynamic behavior and fracture of composite materials“ (Experimentelle Untersuchungen des dynamischen und Bruchverhaltens von Verbundwerkstoffen). „In den letzten Jahren haben wir HBM-Produkte für die oben genannte experimentelle Forschungsarbeit eingesetzt“, erläutert er. „Genauer gesagt, haben wir die Bruchmechanik von zwei verschiedenen Verbundwerkstoffen untersucht: zusammengesetzte Sandwich-T-Stücke und ultrahochfester Beton (UHFB).“ Hierzu kamen in unserem Labor zwei mit HBM-Produkten und einer Hochgeschwindigkeitskamera ausgestattete Split-Hopkinson-Pressure-Bars (SHPB) zum Einsatz.“ Die Ergebnisse wurden in einigen Peer-Review-Zeitschriften veröffentlicht.

Das System Genesis HighSpeed von HBM im Einsatz an der Universität Siegen

Dehnungsmessstreifen spielen eine wichtige Rolle

Bei den experimentellen Untersuchungen an den Sandwich-T-Stücken wurden das Messsystem von HBM und Dehnungsmessstreifen

eingesetzt. Die Dehnung an der Verbindungsstelle des T-Stücks wurde mithilfe von Dehnungsmessstreifen bestimmt. In einer Reihe von Zugversuchen unter verschiedenen Belastungsraten kamen Ultrahochgeschwindigkeitskameras für die Technik der digitalen Bildkorrelation (DIC) zum Einsatz. Die Kamera wurde durch ein Signal ausgelöst, das von den auf den Prüfobjekten installierten Dehnungsmessstreifen erzeugt wurde. Mithilfe der Bilder der DIC-Technik konnte der Forscher die Lage des Risses bestimmen und das Versagen der Verbindungsstelle untersuchen.

Da diese Bilder ein wichtiger Bestandteil kontroverser Daten sind, war das Triggersignal von den Dehnungsmessstreifen von entscheidende Bedeutung; diese Frage konnte durch Verwendung von HBM-Dehnungsmessstreifen erfolgreich gelöst werden. Wie Dr.-Ing. Mohammad Reza Khosravani zusammenfasst:

„Anhand der von den Dehnungsmessstreifen und dem Datenerfassungssystem gelieferten Daten, wurden Spannungs-Dehnungskurven für Sandwich-T-Stücke unter statischer und dynamischer Belastung erstellt. Die Kurven geben Hinweise auf die Belastbarkeit dieser Bauteile.“

„Eines der leistungsstärksten und technisch ausgereiftesten auf dem Weltmarkt erhältlichen Systeme“

„Zur Untersuchung des dynamischen Verhaltens von UHFB-Werkstoffen haben wir einen Split-Hopkinson-Pressure-Bar (SHPB) eingesetzt und die mechanischen Eigenschaften der UHFB-Werkstoffe unter hohen Belastungsraten bestimmt“, erläutert Dr.-Ing. Khosravani. Sowohl Incident- und Transmission-Bar als auch die Prüfobjekte wurden mit Dehnungsmessstreifen von HBM ausgestattet. Der SHPB wurde an ein Datenerfassungssystem Genesis HighSpeed GEN7t angeschlossen. Bei diesem System handelt es sich um einen schnellen Datenrekorder, der hohe Flexibilität und eine hervorragende Leistung bietet. Das bei den Prüfungen eingesetzte DAQ-System umfasst ein Transienten-RAM bis 106 Samples pro Sekunde und lässt die Nutzung von 4 Kanälen gleichzeitig zu.

„Das Grundgerät GEN7t nimmt 7 Eingangskarten auf und wir konnten die gewünschten Kanäle ergänzen, was ein Vorteil dieses Systems ist. Das Datenerfassungssystem Genesis HighSpeed von HBM gilt als eines der leistungsstärksten und technisch ausgereiftesten auf dem Weltmarkt erhältlichen Systeme. Für verschiedene Untersuchungen haben wir unterschiedliche Genesis HighSpeed-Systeme eingesetzt, allesamt High-End-DAQ-Systeme, die Transientenerfassung und direkte Datenübertragung (Streaming) auf das Speichermedium (Festplatte) kombinieren”, sagt Dr.-Ing. Khosravani. „Datenerfassungssysteme von HBM können für die vorgesehene Testdauer und den Umfang der Aufzeichnung eingestellt werden. Ein Vorteil der Produkte von HBM, insbesondere der Serie Genesis HighSpeed, der unbedingt erwähnt werden sollte, ist, dass diese Systeme für die gewünschten Zwecke erweiterbar sind. Daher nutzten wir die grundlegenden Datenerfassungsblöcke und bestimmten die für das System erforderlichen Ressourcen. Dank der Gestaltung der Hardware konnten wir die Anzahl der Kanäle konfigurieren.“

Eine reibungslos funktionierende Messkette

Ein weiterer Vorteil, den der Forscher anführte, ist, dass die Dehnungsmessstreifen und das Messsystem vom selben Hersteller stammen und daher äußerst gut zusammenarbeiten. Zusätzlich zur Hardware setzte das Forscherteam die mehrsprachige Software Perception von HBM ein.

„Hierbei handelt es sich um eine einzigartige Software für Messungen mit hoher Geschwindigkeit, die automatisch alle verfügbaren Genesis HighSpeed-Systeme erkennt. Perception ermöglicht eine schnelle und zuverlässige Verarbeitung und dank der StatStream-Technologie erlaubt die Software die Visualisierung von bis zu 10 Gigabyte an Daten in 10 Sekunden. Zusätzlich ist eine Steuerung und Aktualisierung über jeden beliebigen Computer möglich.“

Über die Universität Siegen

Die Universität Siegen, die zentral im Dreiländereck Hessen, Nordrhein-Westfalen und Rheinland-Pfalz liegt, betreibt interdisziplinäre Forschung an vier verschiedenen Fakultäten. Besuchen Sie die Website für weitere Informationen.

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