Hochfester Sicherheitsstahl unter multiaxialer Belastung

Das Verformungs- und Versagensverhalten eines Werkstoffs wird experimentell gerne an einfachen Belastungen untersucht. Dazu werden zum Beispiel einachsige Zug- und Druckversuche durchgeführt. In der Realität versagen Werkstoffe aber oft unter komplexen, mehrachsigen Spannungszuständen. Hochfeste Sicherheitsstähle werden eingesetzt, um Fahrzeuginsassen gegen Beschuss mit Handfeuerwaffen zu schützen. Beim Impakt eines Projektils stellen sich, zum Beispiel abhängig vom Auftreffwinkel, komplexe Beanspruchungszustände aus Zug und Druck, aber auch Biege- und Scherbelastung ein. Dazu ist ein solches Ereignis ein hochdynamischer Vorgang, der zusätzlich durch starken lokalen Temperaturanstieg geprägt sein kann.

Um solche Belastungen im Labor nachzubilden, werden am Fraunhofer EMI Werkstofftests an einem speziellen Mehrachsenprüfstand durchgeführt. Hierbei können Proben vom Sicherheitsstahl bis hin zum Textilgewebe mithilfe von bis zu sechs einzeln beweglichen Aktuatoren vielfältigen Belastungskombinationen ausgesetzt werden. Die Beanspruchungsgeschwindigkeit kann praxisgerecht über mehrere Größenordnungen von quasistatisch bis dynamisch variiert werden. So wird experimentell eine Datenbasis geschaffen, um konkrete Beanspruchungsszenarien mittels numerischer Methoden genau simulieren zu können. Ziel ist die prognosefähige Modellierung des Verformungs- und Versagensverhaltens, abhängig von Spannungsmehrachsigkeit, Dehnrate und Vorschädigung. Hochfeste Sicherheitsstähle werden so für extreme Einsatzbedingungen und praxisrelevante Bedrohungsszenarien berechenbar.