Konzentrischer Ring (äquibiaxial) Biegedruck

Die äquiaxiale Biegedruckprüfung ist eine Materialprüfmethode, mit der die Biegefestigkeit einer Probe unter multidirektionaler Belastung bewertet wird. Im Gegensatz zu einachsigen Biegeversuchen, bei denen die Kraft entlang einer einzigen Achse aufgebracht wird, wird bei dieser Methode die Spannung gleichmäßig in zwei senkrecht zueinander stehende Richtungen verteilt, was ein realistischeres Maß für die Leistung eines Materials im Betrieb liefert.

Sie ist besonders wertvoll für spröde Materialien wie Keramik, Glas und hochentwickelte Verbundwerkstoffe, die plötzlich und ohne nennenswerte plastische Verformung versagen können. Durch die Nachbildung der kombinierten Spannungen, die in realen Anwendungen auftreten, bietet die Prüfung eine genauere Bewertung der Festigkeit, Fehleranfälligkeit und Produktlebensdauer.

Die am weitesten verbreitete Methode zur gleichachsigen Biegedruckprüfung ist die konzentrische Ringmethode. Ein kreisförmiger Probekörper wird auf einem äußeren Ring gelagert und durch einen kleineren, konzentrischen inneren Ring belastet. Durch diese Anordnung wird ein gleichmäßiges Biegemoment über die Probe erzeugt, so dass die Ingenieure die isotrope Biegefestigkeit messen können.

Schritt-für-Schritt-Verfahren

• Probenvorbereitung - Schneiden Sie das Material in eine kreisförmige Scheibe mit einem Durchmesser von typischerweise 25 mm bis 100 mm und einer kontrollierten Dicke. Stellen Sie sicher, dass die Kanten glatt und frei von Fehlern sind.
• Konditionierung - Lagerung und Vorbereitung der Proben in einer kontrollierten Umgebung, in der Regel bei 23 °C ± 1 °C und 50 % ± 2 % relativer Luftfeuchtigkeit, entsprechend den einschlägigen Normen.
• Einrichten des Geräts - Zentrieren Sie die Probe auf dem Auflagering und stellen Sie sicher, dass sie stabil und genau ausgerichtet ist.
• Aufbringen der Kraft - Aufbringen der Kraft durch den inneren Belastungsring mit einer konstanten Rate, typischerweise in dem durch die relevante Norm definierten Bereich (für Keramik schreibt BS EN 843-1 etwa 1 mm/min vor).
• Datenerfassung - Aufzeichnung der maximalen Kraft, die vor dem Versagen aufgebracht wird. Berechnen Sie die äquibiaxiale Biegefestigkeit anhand der Probenabmessungen und der aufgebrachten Last.
• Analyse - Vergleichen Sie die Ergebnisse mit den Anforderungen der Spezifikation oder den Ausgangswerten, um die Leistungsfähigkeit des Materials zu beurteilen.

Die konzentrische Ringmethode eignet sich besonders für die Prüfung der isotropen Festigkeit und ist damit ein wichtiges Instrument für die Qualitätskontrolle von hochspezialisierten Materialien.

International anerkannte Normen gewährleisten die Genauigkeit, Wiederholbarkeit und Vergleichbarkeit der Ergebnisse. Zu den gängigen Referenzen gehören:

• BS EN 843-1 - Mechanische Prüfung von Hochleistungskeramik, einschließlich äquibiaxialer Biegeverfahren.
• ASTM D790 - Biegeeigenschaften von Kunststoffen.
• ISO 178 - Bestimmung der Biegeeigenschaften von Kunststoffen unter einer bestimmten Belastung.

Diese Normen definieren die Abmessungen der Proben, die Umgebungsbedingungen, die Belastungsraten und die Berechnungsmethoden.

Äquiaxiale Biegedruckprüfungen werden überall dort eingesetzt, wo die Zuverlässigkeit von Materialien unter multidirektionaler Belastung entscheidend ist.

• Automobilindustrie - Prüfung von keramischen Bremsscheiben, Karosserieblechen aus Verbundwerkstoffen und hochentwickelten Polymerteilen, um die Leistung unter wechselnden Belastungen sicherzustellen.
• Luft- und Raumfahrt - Bewertung von keramischen Turbinenschaufeln, Rumpfplatten aus Verbundwerkstoffen und Wärmeschutzmaterialien.
• Keramikindustrie - Prüfung von Geschirr, Isolatoren und technischer Keramik auf Fehlerempfindlichkeit und Haltbarkeit.
• Bauwesen - Prüfung von Architekturglas, Fliesen und Steinprodukten auf Sicherheit und strukturelle Leistung.

Beispiel: Bei der Herstellung von keramischen Straßenmarkierungen wurde bei der gleichachsigen Biegeprüfung ein Herstellungsfehler festgestellt, der zu vorzeitiger Rissbildung unter Belastung führte. Durch die Anpassung des Brennprozesses konnte die Biegefestigkeit um etwa 20 Prozent verbessert und die Zahl der Ausfälle im Betrieb reduziert werden.

Mecmesin entwickelt und produziert Präzisions-Equipment für standardkonforme äquibiaxiale Biegedruck-Tests, einschließlich der konzentrischen Ringmethode. Unsere Systeme kombinieren robustes mechanisches Design mit fortschrittlicher Kontroll- und Analyse-Software.

Die motorisierten PrüfständeOmniTest und MultiTest-dV bieten zusammen mit der VectorPro-Software folgende Vorteile

• Hochpräzise Kraftmessung mit einer Auflösung von 0,1 N
• Verschiebungsmessung bis 0,01 mm
• Programmierbare Geschwindigkeitsregelung für volle Übereinstimmung mit BS EN 843-1 und anderen Normen
• Anpassbare konzentrische Ringspannvorrichtungen für präzise Probenausrichtung
• Automatische Datenerfassung, -analyse und -berichterstattung für Qualitätsaudits und Rückverfolgbarkeit

Diese Systeme sind vielseitig einsetzbar und eignen sich für die Prüfung einer Vielzahl von Materialien, von Hochleistungskeramik bis hin zu Verbundwerkstoff-Laminaten.

Die äquiaxiale Biegedruckprüfung nach der konzentrischen Ringmethode ist ein leistungsfähiges Instrument zur Bewertung der Materialfestigkeit unter realistischen, multidirektionalen Belastungen. Es ist besonders wichtig für spröde und hochleistungsfähige Materialien, bei denen Sicherheitsmargen und Fehlererkennung kritisch sind.

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