In diesem Interview diskutieren die MTS-Anwendungsingenieure die Herausforderungen und Nuancen der hochfesten Werkstoff- und Komponentenprüfung.
F: Was ist eine Prüfung mit hoher Krafteinwirkung? Welche Arten von Proben erfordern eine Prüfung mit hoher Krafteinwirkung?
A: Im Allgemeinen gilt jeder Test, der mehr als 1 Meganewton (MN) oder 220 kip erfordert als Prüfung mit hoher Krafteinwirkung. Mechanische Prüfungen mit hoher Krafteinwirkung sind entscheidend für die Bestimmung der Leistungs- und Haltbarkeitseigenschaften von Materialien, Komponenten und Unterbaugruppen in vielen Branchen, einschließlich Baumaterialien wie Beton und Stahl; Baustrukturen wie Balken, Säulen und Bewehrungsstäbe; und Großkomponenten für Luft- und Raumfahrt, Öl und Gas, Bahn und Windkraftanlagen. Wenn Sie eine Probe groß genug machen, ist im Wesentlichen eine Prüfung mit hoher Krafteinwirkung erforderlich.
F: Welche Anwendungen sind bei Prüfungen mit hoher Krafteinwirkung am häufigsten?
A: Anwendungen für hohe Lastaufbringung können von der statischen Festigkeitscharakterisierung bis hin zu komplexen, dynamischen Lebensdauerstudien reichen. Viele Produktentwickler und Hersteller ziehen es aufgrund vollmetrischer Effekte vor, Komponenten im Originalmaßstab zu prüfen – wenn eine Materialprobe oder ein Prüfling größer wird, kann sich deren bzw. dessen Verhalten ändern. Diese Variabilität gilt insbesondere für Materialien wie beispielsweise Aluminium- oder Polymerverbundstoffe.
F: Wie nutzen Ingenieure Daten aus Prüfungen mit hoher Krafteinwirkung?
A: Prüfungen mit hoher Krafteinwirkung liefern wesentliche Daten für die Entwicklung zuverlässiger Strukturen, Komponenten und Produkte, die die erwartete Leistung erbringen. Prüfungen mit hoher Krafteinwirkung untersuchen und bestimmen maximale Spannungen für Materialien, die aufgrund der in der vorherigen Antwort erwähnten volumetrischen Effekte schwer vorherzusagen sind. Die Probengröße kann die Ermüdungskurve eines Materials stark beeinflussen, die im Produktdesign verwendet wird.
Ingenieure verwenden Prüfungen mit hoher Krafteinwirkung, um festzustellen, ob die Versagensmechanismen eines Materials je nach Probengröße variieren, und erstellen dann Modelle, die diese Abweichungen berücksichtigen. Bei einigen Materialien wie Polymerverbundwerkstoffen helfen dynamische Prüfungen mit hoher Krafteinwirkung den Ingenieuren, zu verstehen, wie sich die Webart und der Winkel der Verstärkungsfasern auf die maximale Festigkeit und Lebensdauer des Materials auswirken.
F: Seit wann bietet MTS Lösungen für hohe Lastaufbringung? Wo wurden sie eingesetzt?
A: MTS löst seit mehr als 50 Jahren anspruchsvolle Prüfaufgaben. Wir waren die ersten, die Hydraulik für die zyklische Materialprüfung und die ersten für die Prüfung mit hoher Krafteinwirkung. Für unsere Kunden bedeutet dies, dass unser Team die Auswirkungen aller Entscheidungen versteht, die getroffen werden müssen, um eine Lösung zu erhalten, die die benötigten Daten liefert. Wir haben gesehen, was funktioniert und was nicht und können Ihnen helfen, Probleme zu vermeiden, bevor sie beginnen.
MTS hat diese Systeme weltweit für Anwendungen eingesetzt, die von der Grundlagenforschung bis hin zur Identifizierung spezifischer Materialeigenschaften reichen. Heute verfügen wir über Systeme an Universitäten, staatlichen Forschungszentren und kommerziellen Fertigungsstätten in einer Vielzahl von Branchen, darunter Luft- und Raumfahrt, Automobil, Energie und Bauwesen.
F: Welche Systeme bietet MTS für Prüfanwendungen mit hoher Krafteinwirkung an?
A: MTS bietet ein komplettes Portfolio an Standard-Prüfsystemen mit hoher Krafteinwirkung für Prüfungen bis zu 5 MN (1100 kip) und kann auch kundenspezifische Lösungen für höhere Kraftkapazitätsanforderungen anbieten. In diesen Fällen arbeitet MTS eng mit den Kunden zusammen, um ihr System zu entwerfen und zu bauen, wie z. B. ein 10 MN-(2200 kip-)System zur Durchführung von Biegeversuchen von Baustahlträgern oder ein 30 MN- (6600 kip-) System zur Durchführung von Druckversuchen an Stahlbetonstützen. Prüfsysteme können in traditioneller vertikaler oder horizontaler Ausrichtung geliefert werden.
F: Was sind die Vorteile einer horizontalen oder vertikalen Ausrichtung?
A: Das hängt von der zu prüfenden Probe ab. Für einen Kunden, der beispielsweise lange Kabel oder Ölpipelines prüft, kann es einfacher sein, die Probe mit einem Brückenkran in einen horizontalen Rahmen zu laden. Umgekehrt kann eine Druckprüfung mit Platten viel einfacher in einem vertikalen Rahmen durchgeführt werden, bei dem der Benutzer die Probe richtig auf der unteren Platte ausrichten kann – etwas, das in einem horizontalen Rahmen fast unmöglich wäre.
Horizontaler Lastrahmen für hohe Lastaufbringung
F: Sind für die Prüfung mit hoher Krafteinwirkung spezielle Spannzeuge erforderlich?
A:Ja. Unsere Spannzeuge sind so dimensioniert und konstruiert, dass sie die Masse für physische Prüfungen mit hoher Krafteinwirkung reduzieren. Sie sind auf Leichtigkeit ausgelegt, um die Leistung zu verbessern und den Kunden den größtmöglichen Frequenzbereich und maximale Kraft zu bieten. Mit leichten Spannzeugen können die gleichen Ergebnisse erzielt werden – jedoch ohne viel Energie zu verschwenden.
Die massereduzierten Spannzeuge für hohe Lastaufbringung bieten einen großen Frequenzbereich und maximale Kraft.
F: Wie misst man die Kraft, die auf die Proben ausgeübt wird?
A: Die genaue Kraftmessung bei diesen hohen Belastungen ist eine einzigartige Herausforderung und wir haben verschiedene Lösungen. MTS kann kundenspezifische Wägezellen für Prüfanforderungen mit hoher Krafteinwirkung bis zu 30 MN herstellen. Diese Kraftaufnehmer mit hoher Kapazität verfügen über ein Mehrsäulendesign, das externen Kräften und -momenten standhält und für eine höhere Genauigkeit und hohe laterale Steifigkeit sorgt. Wir haben auch eine kostengünstigere Lösung, die einen Drucksensor verwendet, um die aufgebrachte Kraft basierend auf der Kolbenfläche des Aktuators zu berechnen. Dieser „Delta P“-Sensor ist einfach zu installieren und zu kalibrieren und weist unter hoher Krafteinwirkung ähnliche Genauigkeiten auf wie eine Wägezelle.
MTS 30 MN- (6500 kip-)Wägezelle
F: Wie halten Sie die richtige Ausrichtung in Prüflösungen für hohe Lastaufbringung aufrecht?
A: Die Ausrichtung ist kritisch, da jede Biegung der Probe die Datenqualität beeinträchtigt. Unsere Lastrahmen weisen eine hervorragende Systemausrichtung auf, die die Biegebelastung minimiert, um die Prüfgenauigkeit zu verbessern und die Datenstreuung zu reduzieren. Darüber hinaus bieten wir für unsere Standardlösungen (bis zu 1 MN) Ausrichteinheiten an, mit denen leicht erkannt werden kann, ob ein Teil des Laststrangs für eine voll instrumentierte Probe nicht ausgerichtet ist.
F: Inwiefern unterscheiden sich MTS Lastrahmen für hohe Lastaufbringung im Vergleich zu anderen Lösungen für hohe Lastaufbringung auf dem Markt?
A: Zahlreiche konstruktive Verfeinerungen aus jahrzehntelanger Praxistauglichkeit machen die MTS Systeme für hohe Lastaufbringung zu einer eigenen Kategorie. Das geschweißte Querhaupt verfügt beispielsweise über ein „Badewannen“-Design, das den Systemaktuator enthält, wodurch der Abstand zwischen dem Lager und der Prüfbasis minimiert wird, um genauere Ergebnisse zu erzielen. Die hydraulischen Anschlusseinheiten (HSM) werden direkt am Rahmen montiert und wir verwenden bei Bedarf lokale direktgekuppelte Blockspeicher. Die glatten Säulen des Systems mit im Querhaupt integrierten Klemmen ermöglichen eine schnelle Anpasse der Höhe des Querhaupts. All diese Konstruktionselemente manifestieren sich in der unübertroffenen Nützlichkeit und Robustheit des Systems und seiner Fähigkeit, Ermüdungsprüfungen mit der vollen Nennkraft des Rahmens über sehr lange Zeiträume durchzuführen.
F: Stellen Lastrahmensysteme für hohe Lastaufbringung besondere Herausforderungen für die Anlagen dar?
A: Ja, sie stellen einige Herausforderungen dar. Wir mussten ganze Dächer abdecken, um Systeme mit einem Kran ins Innere der Gebäude zu befördern. Die Installation dieser Lösungen für hohe Lastaufbringung erfordert in der Regel umfassende Kenntnisse in der Systemintegration. Beispielsweise haben wir ein 30-MN-System an eine Anlage in Taiwan geliefert, wo wir Komponenten integriert haben, die in Minneapolis entwickelt und von Lieferanten aus der ganzen Welt hergestellt wurden. Auch bei kleineren System für hohe Lastaufbringung spielt das Anlagendesign eine wichtige Rolle. Die Grundplatte des Systems muss oft im Boden des Gebäudes integriert werden. Wir verfügen über die nötige Erfahrung, um Kunden durch den Prozess zu führen, damit sie verstehen, wie sie die Anlage für einen erfolgreichen Installations- und Prüfbetrieb vorbereiten können.
Wenden Sie sich noch heute an MTS und erfahren sie, wie Sie von der jahrzehntelangen Expertise von MTS für Prüfungen für hohe Lastaufbringung profitieren können.
