AT378853B - Pruefkoerper zur ermittlung von bruchmechanischen kennwerten - Google Patents

Description

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   Die Erfindung bezieht sich auf Prüfkörper zur Ermittlung bruchmechanischer Kennwerte auf
Grund von Rissausbreitungsmessungen mit dem Ultraschallverfahren. Derzeit werden bruchmechani- sche Kennwerte auf Grund von Rissausbreitungsmessungen mit dem Ultraschallverfahren ausschliess- lich an Flachproben ermittelt, weil der Rissverlauf visuell beobachtet bzw. die Rissverlängerung optisch erfasst werden muss. Bei Flachproben (mit rechteckigem Querschnitt) wird dies durch ein bewegbares Mikroskop erreicht. Voraussetzung dafür ist eine ebene, saubere (eventuell polierte)
Oberfläche der Probe und ein transparentes (durchsichtiges) den Prüfkörper umgebendes Medium   (z. B. Kühlflüssigkeit oder-gas ; bei   der Simulation von erhöhter chemischer Beanspruchung ein korrosives Gas bzw. Flüssigkeit).

   Die Flachproben werden im allgemeinen mit einem Ende an das
Ultraschallhorn befestigt, wogegen ihr gegenüberliegendes Ende meist frei ist. Eine Ausnahme dazu stellt das Doppelschingerverfahren nach Kromp (AT-PS Nr. 354146) dar. Die Probenlänge beträgt   V 2   des zur Verfügung stehenden Ultraschalles. Auch mit herkömmlichen Wechselbeanspruchungs- maschinen (niederfrequente Maschinen) erfolgt die Bestimmung von bruchmechanischen Kenngrössen bisher an Flachproben. Allerdings sind im Zusammenhang mit Dauerfestigkeitsuntersuchungen (Wöh- lerkurvenbestimmung) auch gekerbte Rundproben bekannt (Vergleiche D. Munz, K. Schwalbe,
D.   Mayr"Dauerschwingverhalten   metallischer   Werkstoffe"Band   3, Wieweg 1971).

   Nachteilig bei den bisher bekannten Prüfkörpern (rechteckige oder quadratische Flachproben in Prisma- oder Hantel- form) für das Ultraschallverfahren ist, dass sie nur eine visuelle Beobachtung des Rissfortschrittes zulassen. Weiters neigen Flachproben zu Transversalschwingungen, die eine Verfälschung des Messer- gebnisses mit sich bringen. Die Durchführung von computergesteuerten Messungen, wie sie bei kon- ventionellen Prüfeinrichtungen bereits üblich sind, ist wegen der visuellen Beobachtung des Rissfortschrittes nicht durchführbar. Ebenso von Nachteil ist die relativ aufwendige Probenherstel- lung bezüglich ihrer Form und ihrer Oberflächenbeschaffenheit. 



   Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen, also beim Ultraschallverfahren die Möglichkeit zu gewährleisten, die Rissausbreitung auf Grund einer objektiven, also rein apparativen Messung   (z. B.   durch das elektrische Potentialdifferenzverfahren) an einfach herstellbaren Probekörpern ermitteln zu können. Dieses Ziel wird mit einem Prüfkörper erreicht, der gekennzeichnet ist durch die Kombination der an sich bekannten Merkmale von Prüfkörpern, die die Form eines gekerbten Voll- oder Hohlzylinders aufweisen und dessen Länge ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge des zur Verfügung stehenden Ultraschalles beträgt, so dass an sich bekannte Potentialdifferenzverfahren zur Bestimmung des Risswachstums auch bei Ultraschallbeanspruchung anwendbar sind. 



   Der durch die Erfindung bewirkte Fortschritt besteht darin, dass an Stelle der bisher verwendeten Flachproben nun runde oder rohrförmige Proben (eventuell auch Hantelproben) verwendet werden können, wodurch man eine gute Steifigkeit der Prüfkörper gegenüber Transversalschwingungen erhält und dass diese Probenformen billig, problemlos und einfach herzustellen sind (es handelt sich um Drehteile. Auch kann angeliefertes Rundmaterial ohne besondere Nachbearbeitung sofort als Probenmaterial verwendet werden. 



   Durch das Anbringen eines Gewindes an einem Ende der Prüfkörper ist eine einfache, sichere und ohne weitere Bearbeitung hergestellte Ankopplungsvorrichtung an das Ultraschallhorn geschaffen. Die runden und rohrförmigen Prüfkörper können auch durch eine Schweiss-,   Löt-,   Klebe- oder Klemmverbindung an das Ultraschallhorn befestigt werden. 



   Rohrförmige Proben lassen sich besonders gut kühlen, da die Kühlflüssigkeit von aussen und von innen (Flüssigkeit wird durch das Rohr gepumpt) zugeführt werden kann. 



   Durch die geringe Anfälligkeit der erfindungsgemässen Prüfkörper bezüglich Transversalschwingungen, können diese mit einer Länge von X,   3À/2,....   des zur Verfügung stehenden Ultraschalles 
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 arbeitete Kerbe im ersten Bewegungsknoten (dem Ultraschallhorn nächstliegender) die Rissinitiierung und dann Rissausbreitung. Im zweiten vorliegenden Bewegungsknoten des   \-Prüfkörpers   wird die Ankoppelung des eingeprägten elektrischen Stroms, der für das Potentialdifferenzverfahren erforderlich ist, durchgeführt. Durch eine derartige Ankoppelung wird das Schwingungsverhalten des Prüfkörpers sowie die Rissausbreitung im ersten Bewegungsknoten nicht beeinflusst. Den zweiten Anschluss 

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 für den eingeprägten Strom stellt das Ultraschallhorn bzw. der Ultraschallschwinger selbst dar.

   Die an den Flanken der Kerbe abgreifbare Potentialdifferenz ist von der Länge des Risses abhän- 
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 gestaltbaren   Mess- und Prüfablauf.   



   Die erfindungsgemäss ausgeführten Prüfkörper zur Ermittlung von bruchmechanischen Kennwerten beim Ultraschallverfahren in Kombination mit dem Potentialdifferenzverfahren eignen sich besonders für Untersuchungen, die keine oder nur eine mit grossem technischen Aufwand realisierbare visuelle Beobachtung des Rissverlaufes zulassen, wie   z. B.   bei Tieftemperaturmessungen (der Prüfkörper wird in eine Kryostaten eingebaut) oder bei Messungen im höheren Temperaturbereich (Prüfkörper wird in einen Ofen eingebaut). Dies gilt auch für jene Fälle, in denen die Untersuchungen in nichttransparenten Flüssigkeiten bzw. Gasen durchgeführt werden. 



   Die Berechnungsformeln für die Spannungsintensität für die erfindungsgemäss ausgeführten Prüfkörper sind durch Finiteelementmethodenberechnungen zu bestimmen oder durch Approximation aus Formeln der Fachliteratur zu gewinnen. Die Funktion zur Umrechnung der Potentialdifferenzwerte auf die Risslänge kann ebenso durch Finiteelementmethodenberechnungen bestimmt und durch Eichmessungen überprüft bzw. korrigiert werden. 



   Die Erfindung wird im folgenden an Hand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen die Fig. l und 2 einen Teilbereich eines voll-bzw. hohlzylindrischen Prüfkörpers mit einer am Zylindermantel befindlichen Kerbe, die Fig. 3 und 4 einen Teilbereich eines voll-bzw. hohlzylindrischen Prüfkörpers, der jeweils eine umlaufende Kerbe aufweist, die Fig. 5 und 6 ebenfalls einen Teilbereich eines voll-bzw. hohlzylindrischen Prüfkörpers mit einer Mittelkerbe und die Fig. 7 einen Schnitt durch einen Prüfkörper im Bereich der Kerbe. 



   Fig. 1 zeigt den die Kerbe-l-aufweisenden Teilbereich eines zylindrischen Prüfkörpers. 



  Die Kerbe-l-ist hier als Seitenkerbe ausgeführt. 



   Fig. 2 zeigt analog zu Fig. l eine Seitenkerbe in einem hohlzylindrischen Prüfkörper. 



   Fig. 3 zeigt den die Kerbe-l-aufweisenden Teilbereich eines zylindrischen Prüfkörpers. 



  Die   Kerbe--l-ist   hier als umlaufende Kerbe ausgeführt. 



   Fig. 4 zeigt analog zu Fig. 3 eine umlaufende Kerbe in einem hohlzylindrischen Prüfkörper. 



   Fig. 5 zeigt den die Kerbe-l-aufweisenden Teilbereich eines zylindrischen Prüfkörpers. 



  Die Kerbe --1-- ist hier als Mittenkerbe ausgeführt und besteht aus einer Bohrung mit seitlicher   Anschlitzung.   



   Fig. 6 zeigt analog zu Fig. 5 eine Mittenkerbe in einem hohlzylindrischen Prüfkörper. 



   Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Potentialabgriffes an der Kerbe --1-- des Prüfkörpers. An den Flanken der Kerbe werden die Potentialabgriffe --2-- (Drähte)   z. B.   durch eine Punkt- 
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Claims (1)

1. B.PATENTANSPRUCH : Prüfkörper zur Ermittlung bruchmechanischer Kennwerte auf Grund von Rissausbreitungsmessungen mit dem Ultraschallverfahren, gekennzeichnet durch die Kombination der an sich bekannten Merkmale a) der Prüfkörper weist die Form eines gekerbten Voll- oder Hohlzylinders auf, und b) seine Länge beträgt ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge des zur Verfü- gung stehenden Ultraschalles, so dass an sich bekannten Potentialdifferenzverfahren zur Bestimmung des Risswachstums auch bei Ultraschallbeanspruchung anwendbar sind.