KUNDENHERAUSFORDERUNG
Die University of Central Florida (UCF) in Orlando hat sich seit ihrer Gründung im Jahr 1963 einen Ruf für hochwertige Bildung und Innovation erarbeitet. In dieser Zeit hat der Fachbereich Maschinenbau, Werkstoffe und Luft- und Raumfahrttechnik der Universität starke Allianzen mit mehreren erstklassigen Herstellern und Organisationen in der Region geschmiedet, darunter Siemens Power Generation, Lockheed Martin, Pratt & Whitney, Mitsubishi Power Systems und sogar das Kennedy Space Center.
Die Abteilung liefert nicht nur ständig gut ausgebildete Ingenieure an diese Organisationen, sondern wird auch für die enge Zusammenarbeit mit ihnen bei der Lösung ihrer technischen Herausforderungen geschätzt.
Um ihre doppelte Aufgabe, eine hervorragende Ausbildung zu bieten und die lokale Industrie zu unterstützen, auszufüllen, wollte die UCF ihre Kernkompetenzen um die Prüfung von Hochtemperaturmaterialien erweitern. Die Entwicklung solcher Fähigkeiten würde die Lernerfahrung für die Studenten verbessern, und es würde den Partnern der Abteilung in der lokalen Industrie zugute kommen, die für extrem hohe Temperaturen ausgelegte Produkte herstellen.
Im Jahr 2006 holte die UCF Dr. Ali P. Gordon an Bord, sowohl als Lehrprofessor als auch um die Entwicklung von Hochtemperatur-Materialtestmöglichkeiten zu beaufsichtigen. Als Doktorand am Georgia Institute of Technology konzentrierte sich Gordon in seinen Studien speziell auf die Charakterisierung des Verhaltens von Turbinenschaufelmaterialien bei hohen Temperaturen. Diese Erfahrung machte ihn zu einem idealen Kandidaten, um die Materialprüfung der Abteilung auf die nächste Stufe zu heben.
„Das Interesse der Abteilung, die experimentelle Mechanik sowohl im Labor als auch im Klassenzimmer zu stärken, hat mich sofort angesprochen“, sagte Gordon. „Und es war klar, dass an der UCF die Voraussetzungen gegeben waren, um eine der landesweit besten Forschungs- und Testeinrichtungen für mechanisches Verhalten von Materialien aufzubauen. Ich konnte es kaum erwarten, loszulegen.“
Die Entwicklung der Abteilung für mechanische Hochtemperaturtests würde die Anschaffung von Lastrahmen, Regelungen, Software und zahlreichem Zubehör erfordern. Aus früherer Erfahrung wusste Gordon, dass die eigentliche Herausforderung darin liegen würde, all diese Komponenten nahtlos zusammenarbeiten zu lassen.
„Effektive Materialtests unter extremen Einsatzbedingungen erfordern eine präzise Orchestrierung von Kraft, Bewegung, Datenerfassung und Umweltsimulation, was aus Sicht der Konfiguration sehr schwierig zu erreichen ist“, so Gordon. „Bei der Suche nach einem Partner für Testlösungen kam es uns sowohl auf bewährte Technologie als auch auf fortschrittliche Systemintegrationskompetenz an. Deshalb haben wir uns für MTS entschieden.“
MTS-LÖSUNG
Im Dezember 2006 begann MTS mit Dr. Gordon zusammenzuarbeiten, um Hochtemperatur-Materialprüfungsmöglichkeiten für das UCF Department of Mechanical, Materials and Aerospace Engineering zu entwickeln. Dies erforderte die Integration des bestehenden mechanischen Prüfsystems der Abteilung, das einen servohydraulischen Lastrahmen des Modells 810, einen TestStar IIs-Controller und die Multi-Purpose TestWare®-Software umfasste, mit einer Reihe von Hochtemperatur-Umgebungssimulationskomponenten, einschließlich einer MTS-Widerstandsheizung, wassergekühlten hydraulischen Keilspannzeugen des Modells 646 und einem axialen Hochtemperatur-Dehnungsaufnehmer, der eine hohe Linearität und eine geringe Hysterese bei Temperaturen von bis zu 1200 °C aufrechterhält.
Mit dem neu aufgerüsteten System konnte Gordons Abteilung eine ganze Reihe von Hochtemperaturtests durchführen, um seine Forschung, seine Studenten und die lokale Industrie zu unterstützen. „Unser neues System hat unsere Möglichkeiten für mechanische Tests effektiv erweitert und umfasst nun auch Ermüdung, Bruch, Kriechermüdung, Ermüdung bei niedrigen Zyklen, thermomechanische Ermüdung, Zugbelastung und Spannungs-/Relaxationstests – und das alles in Umgebungen mit sehr hohen Temperaturen“, sagte er.
Gordon nennt zwei Beispiele dafür, wie seine Abteilung ihre neuen Hochtemperatur-Testmöglichkeiten einsetzt, um ihre Industriepartner besser zu bedienen. „Im Rahmen unserer Zusammenarbeit mit Siemens setzen wir derzeit Stahlwerkstoffe für eine landgestützte Dampfturbine gleichzeitig thermischen und mechanischen Belastungen aus, und zwar bei Temperaturzyklen zwischen 100 °C und 500 °C“, berichtet er. „Außerdem unterstützen wir das Florida Center for Aerospace & Aero- Propulsion (FCAAP) Technologies bei der Untersuchung, wie Bauteile mit Kerben auf nicht-isotherme Ermüdungsbedingungen reagieren, ebenfalls bei 500 °C. Beide Anwendungen liefern wertvolle neue Erkenntnisse über die mikrostrukturellen Schädigungsmechanismen, die diese Bauteile unter Betriebsbedingungen erfahren.“
Gordon sagt, dass es ihn gefreut hat, dass die MTS-Testlösungen seiner Gruppe nicht nur auf hohe Temperaturen – oder gar thermische Belastung – beschränkt sind.
„Wir arbeiten auch mit dem Office of Naval Research (ONR) zusammen, um das Phänomen der Spannungsrisskorrosion (SCC) zu untersuchen. Konkret untersuchen wir die Zeitabhängigkeit der frühen Rissausdehnung von Aluminium mit flüssigen Metallen, wie Hg, in unmittelbarer Nähe“, so Gordon. „Und Ingenieure der NASA und der United Space Alliance, LLC, nutzen unsere Möglichkeiten, um das Kriech-Relaxationsverhalten von Dichtungsmaterialien zu untersuchen. Diese Tests werden jetzt bei Raumtemperatur durchgeführt, aber wir erwägen, eine Kammer oder ein anderes Gerät hinzuzufügen, um die extrem niedrigen Temperaturen der Bedingungen im Weltraum zu simulieren.“
„Egal, welche aggressiven Umgebungen wir nachbilden müssen, wir sind zuversichtlich, dass die MTS-Technologie vielseitig genug ist, um uns bei der Entwicklung der simulierten Umgebung zu helfen“, fügte er hinzu.
KUNDENVORTEILE
Laut Dr. Gordon bieten die erweiterten Möglichkeiten der Materialcharakterisierung am UCF Department of Mechanical, Materials & Aerospace Engineering enorme Vorteile für die Studenten, das College of Engineering and Computer Science und die kommerziellen Partner der Universität gleichermaßen.
„Wir können jetzt näher untersuchen, wie sich fortschrittliche Materialien unter extremen Einsatzbedingungen verhalten“, sagte Gordon. „So können wir tiefer als je zuvor in die Materialwissenschaft eindringen, und die Unternehmen, mit denen wir zusammenarbeiten, können genauere Prognosetools für das Bauteilverhalten entwickeln.“
Gordon betont, dass die Testmöglichkeiten seiner Abteilung zwar anspruchsvoll sind, die Werkzeuge zum Erstellen und Ausführen der Tests aber relativ einfach zu verstehen und zu bedienen sind. Dies ist ein besonders nützlicher Vorteil für UCF-Ingenieurstudenten in experimentellen Mechanik-Laborkursen. „Die einfache Benutzeroberfläche und die Visualisierungswerkzeuge der MTS-Software erleichtern das Verständnis von fortgeschrittenen Konzepten, insbesondere für Anwendungen im Bereich Ermüdung und Bruch“, so Gordon. „Unsere Aufrüstung hat die Lernerfahrung für unsere Studenten deutlich bereichert.“
Gordon nennt auch die Mitarbeiter von MTS als ein entscheidendes Element für die verbesserten Testmöglichkeiten seines Labors. „Es war ein Vergnügen, mit MTS zu arbeiten, besonders mit dem technischen Support“, sagte er. „Ich wusste aus Erfahrung, dass die MTS-Prüftechnik die zuverlässigste auf dem Markt ist. Jetzt weiß ich aus erster Hand, dass sich diese Zuverlässigkeit auch auf sein Servicepersonal erstreckt.“
