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Components in the Aerospace, Power and Automotive engineering sectors are frequently subjected to cyclic stresses induced by thermal fluctuations and mechanical loads. For the design of such components, reliable material property data are required which need to be acquired using well accepted and reproducible test procedures for thermo-mechanical fatigue (TMF) loading. Available materials TMF property data are limited so that there is a need for further TMF data generated by TMF testing. The TMF behaviour of materials is often desired to be simulated in models which describe the cyclic stress-strain behaviour, the fatigue life and the cyclic crack growth behaviour. There is a continuous need for the development and amendment of such models. Models can be validated by using materials in industrial applications which are subjected to TMF loading.
DIN 50100 definiert die Bedingungen für den Schwingfestigkeitsversuch, der zur Ermittlung von Kennwerten dient, die das Verhalten metallischer Werkstoffe und Bauteile bei zyklischer Beanspruchung mit einer konstanten Lastamplitude beschreiben (Wöhlerversuch). Die Norm umfasst die Versuchsdurchführung, die Versuchsauswertung sowie die Dokumentation von lastgeregelten Wöhlerversuchen im Zeit- und Langzeitfestigkeitsbereich. Mit DIN 50100 soll erreicht werden, dass die Wöhlerlinien verschiedener Prüfstellen miteinander vergleichbar und die wesentlichen Randbedingungen der Versuchsdurchführung dokumentiert werden. Da die Ergebnisse von Schwingfestigkeitsversuchen streuen, ist die Treffsicherheit für die Schätzung der Kennwerte von der Anzahl der Versuche einer Versuchsreihe abhängig. In Abhängigkeit von einer geforderten Treffsicherheit wird durch die DIN 50100 der erforderliche Stichprobenumfang vorgegeben.
Es wird der DIN-Arbeitsausschuss Ermüdungsprüfung und seine Aufgaben vorgestellt. Ferner wird über die Thematik der thermischen Drift von Extensometern und die daraus resultierenden Fehler berichtet. Darüber hinaus werden aktuelle Aspekte der dynamischen Temperaturmessung im thermo-mechanischen Ermüdungsversuch vorgestellt.
In dem Vortrag werden aktuelle Entwicklungen zum thermo-mechanischen Ermüdungsversuch aufgezeigt. In der Vergangenheit wurden ausschließlich dehnungsgeregelte TMF-Versuche durchgeführt. Zukünftig werden auch spannungsgeregelte TMF-Versuche eine Rolle spielen, besonders bei kleinen Belastungen und hohen Schwingspielzahlen. Daneben werden Rissfortschrittsmessungen bei TMF-Beanspruchung eine zunehmende Bedeutung zugemessen. Die Versuchstechnik hierzu ist noch nicht sehr verbreitet verfügbar und ist sehr anspruchsvoll. Es wird das Europäische Forschungsprojekt TEACH vorgestellt, welches beantragt, aber noch nicht bewilligt ist. Ferner wird der 3rd TMF-Workshop 2016 angekündigt, der bei der BAM in Berlin stattfinden wird.
Investigations on the tensile testing procedure conducted within the European project TENSTAND
(2015)
The current presentation shows the intention of the former European TENSTAND project on computer controlled tensile testing of metals. The history of the tensile testing standards is explained. Some test results of the TENSTAND project are shown. The presentation is focused on criticism of Chinese delegates in ISO TC 164 SC1 WG4 who stated that the TENSTAND project which was finished about 10 years ago came to wrong conclusions and were misleading. This presentation points out misunderstandings of the Chinese delegation in the test program and the results of the TENSTAND project and the former development of the tensile testing standard ISO 6892-1. Some tests of the TENSTAND project were newly evaluated using the original test data. The evaluation showed again that the conclusions of the TENSTAND project are correct.
Bei den Normen ISO 15363 und EN 10275 handelt es sich um den hydraulischen Ringaufweitungsversuch, der in der Rohrprüfung in der Industrie genutzt wird. Auf Vorschlag von Salzgitter Mannesmann Forschung wurde im Arbeitsausschuss NA 062-01-53AA – Rohrprüfung - der Vorschlag eingebracht, beide Normen zu harmonisieren. Beide Normen sind fast identisch. Lediglich die verwendeten Symbole sind unterschiedlich. Daher soll in der ISO 15363 ein weiterer Anhang eingeführt werden, der eine Tabelle enthält, in der die Symbole der ISO 15363 und der EN 10275 gegenübergestellt werden. Die in der EN 10275 verwendeten Symbole entsprechen denen, die in Produktnormen für Stahlrohre verwendet werden. Der Normenharmonisierungsvorschlag, der unter dem Wiener Abkommen umgesetzt werden soll, wurde 2016 auf die Sitzung ISO TC 164 SC2 erfolgreich von deutscher Seite eingebracht.
Extensometer für Hochtemperatur-Ermüdungsversuche sind vielfach aus Aluminium gebaut, an dem Glas- oder Keramikstangen befestigt sind, die in den heißen Bereich des Versuches hineinragen. In einer physikalischen Betrachtung wird die Wärmeausdehnung von Aluminium berechnet und der relative Fehler aus der thermischen Drift ermittelt. Der Fehler ist stark von der thermischen Fluktuation abhängig. Ferner steigt der Fehler besonders bei kleinen Dehnungen stark an. Es wird deutlich, dass bei kleinen Dehnungen die erlaubte Temperaturschwankung im Bereich von 0,5 – 1K betragen darf, um den nach Norm (z.B. ISO 12106) erlaubten Fehler von maximal 1 % nicht zu überschreiten.
In dehnungsgeregelten Ermüdungsversuchen äußert sich die Temperaturschwankung am Extensometer in Kraftschwankungen an der geprüften Probe. Daher bewirkt eine Konstanthaltung der Temperatur eine Verbesserung der Versuchsergebnisse. In der Praxis sind jedoch Temperaturmessungen am Extensometer nicht üblich. Von daher kann der thermisch bedingte Fehler aufgrund von Temperaturschwankungen am Extensometer gar nicht ausgewertet werden. Für eine Verbesserung der Qualität von Versuchsergebnissen wird generell eine Messung der Temperatur am Extensometer vorgeschlagen.
Es ist eine seit ca. 10 Jahren bestehende Politik des ISO Gremiums TC 164, für Normen von mechanischen Prüfverfahren einen Anhang zu entwickeln, der Angaben zur Berechnung der Messunsicherheit enthält. Bis auf wenige Ausnahmen enthalten heute ISO-Normen überwiegend informative Anhänge, die nur allgemeine Informationen zur Berechnung der Messunsicherheit enthalten. In dem Vortrag sollen die Nachteile einer solchen Vorgehensweise dargestellt werden. Es wird ein Vorschlag zur Verbesserung unterbreitet. Anhand von zwei einfachen Beispielen wird veranschaulicht, dass solche informativen Anhänge Messunsicherheiten erzeugen, die bei Erstellung durch unterschiedliche Prüflaboratorien nicht miteinander vergleichbar sind. Das ist nicht befriedigend. Von daher wird vorgeschlagen, einen normativen Anhang zu erstellen, der die Auftraggeber und Antragnehmer verpflichtet, eine Methode zur Berechnung der Messunsicherheit vertraglich auszuhandeln. Ferner wird in dem normativen Anhang darauf hingewiesen, dass beim Vergleich von Messunsicherheiten die Berechnungsgrundlage identisch sein muss. Ferner wird vorgeschlagen, einen informativen Anhang mit einem Beispiel zur Berechnung der Messunsicherheit einzuführen, um Auftraggebern und Auftragnehmern eine entsprechende Möglichkeit zur Berechnung an die Hand zu geben. Diese Methode ist ein pragmatischer Einstieg in die Entwicklung von Anhängen für ISO Normen, in denen die Messunsicherheit berechnet wird. Der Vorschlag enthält Mindestanforderungen. Eine Weiterentwicklung wird in der Zukunft angestrebt.
Der Vortrag gibt einen Überblick über die wichtigsten Aspekte der anstehenden Revision der Norm ISO 12111 aus deutscher Sicht. Ferner wird ein neues Normungsprojekt für eine ISO-Norm für den kraft-geregelten TMF-Versuch unter deutscher Leitung vorgestellt. Es wird ein Ausblick über Rissfortschrittsmessungen bei TMF-Beanspruchung gegeben. Ferner wird über die Problematik der thermisch bedingten Drift von Extensometern gesprochen. Der Vortrag schließt mit Betrachtungen zur Messunsicherheit ab, die in Normen einfließen.