Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Strategic aspects for the development of measurement uncertainty annexes for ISO testing standards
(2017)
The presentation shows an overview over the current situation of the development of measurement uncertainty annexes for ISO mechanical testing standards. The comparability of measurement uncertainty statements is not ensured. The utilization of ready calculated measurement uncertainty values remains unclear. Partly the measurement uncertainty values clash with existing product standards where minimum values e.g. for the materials strength are determined. A route forward is shown to solve the current problems.
The authors, Li et al., of the paper entitled “Analysis on the Issues in ISO 6892-1 and TENSTAND WP4 Report Based on Data to Confirm Tests by 21 Laboratories” (J. Test. Eval.
DOI: 10.1520/JTE20150479 (online only)) have expressed views that the authors of this rebuttal believe to be based on fundamental misunderstandings and misinterpretations of the tensile testing standard ISO 6892-1:2009, ISO 6892-1:2016, and its former versions, thus leading to erroneous conclusions. This refutation is intended to clarify the understanding of ISO 6892-1 and to address the misunderstandings and the misinterpretations of the authors of the paper. The present standard ISO 6892-1:2016 has a long history dating back to the 1970s. At that time, the tensile testing procedure was standardized on the National and International scale in parallel. To understand the present standard, the knowledge of the history helps to understand the background of details of the testing procedure implemented today. The history of the tensile testing standard has been discussed extensively during the annual international standardization meeting of ISO committee TC 164 SC1 for the last few years, at which some of the authors of the Li et al. paper attended. The authors continue to disagree with facts that were agreed by the consortium of the European research project TENSTAND and by the present international experts involved in ISO TC 164 SC1. It appears that the principal objective of the authors regarding their present publication was to increase the testing speed during tensile testing. However, the international standardization community has previously declined similar proposals by some of the authors. Many Arguments presented by Li et al. were thus refuted. The conclusions of their paper are misleading and the international standardization community for tensile testing refused to revise the present standard, ISO 6892-1 (2016), according the authors’ proposals.
Thermal fluctuations do exist at extensometers but they remain quite often unknown because the temperature of the extensometer is not measured, recorded and assessed in strain controlled tests. The temperature fluctuation leads to thermal expansion of the gauge length of the extensometer resulting in force fluctuations as a materials response of the material tested in a strain controlled test. The thermal expansion leads to an error of the strain range applied.
A case study was conducted to calculate the strain range error when the strain range was varied as well as the thermal fluctuation of the extensometer. The most important outcome of the study is that the strain range error can exceed the allowed limits if the thermal fluctuation of the extensometer is too high. Sources of thermal fluctuation of the extensometer were analyzed and identified. Suggestions are given to reduce the thermal fluctuation of the extensometer.
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.
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.
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.
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.
Tensile testing according to EN 10002-1 is one of the basic mechanical tests to characterise the mechanical properties of metallic materials. This testing procedure has been regularly under development for many decades in order to modify and amend it and to bring it up to an up to date standard. Today tensile testing for quality control in metals manufacturing industry is routinely performed automatically with computer controlled testing machines. Due to economical needs of industry proposals were made by a European Standard Committee to amend the standard EN 10002-1. A European research project with the acronym TENSTAND was started to validate the proposed modifications of the tensile testing standard. The work package 4 of the project was to validate the machine control characteristics. A comparison test program was started with ten partners, 4 test piece geometries and 3 test parameters for 6 materials, partly with upper and lower yield strength and partly with 0.2 % proof strength to compare experimental results according to the proposal to modify the standard EN 10002-1. Initially testing in the strain control mode was introduced as well as switching of the control mode to crosshead control 1 and switching of the testing speed at appropriate points during the test. The comparison test was evaluated statistically and scientifically. The following conclusions were derived from the comparison test and summarised as recommendations to the standard committees. The scatter of the material properties were not significantly reduced by introducing the amended testing procedure. Few of the reasons for the continuously observed scattercan be identified as follows: The material properties are observed to be widely dependent on the testing speed. As a consequence the range for the allowed testing speed must be reduced. The closed loop control was not optimised sufficiently in some tests, the use of complicated testing machine software led to misinterpretation of software commands, individual testing equipment and implementation of the tensile testing procedure led also to scatter of the material properties which lay in a range of few percent. This is blurred by the inhomogeneity of the material.