DE2063913A1

DE2063913A1 - Verfahren zum Bestimmen der Ermu dungsgeschwindigkeit von Konstruktion elementen

Info

Publication number: DE2063913A1
Application number: DE19702063913
Authority: DE
Inventors: Michinosuke Honoka Masaki Yokohama Kanagawa Higuchi (Japan) P
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1969-12-27
Filing date: 1970-12-28
Publication date: 1972-02-03
Also published as: NL7018897A; BE760876A; JPS5418157B1; CH539838A; FR2074341A5; DE2063913B2; DE2063913C3; CS173576B2; GB1332148A

Description

NIPPON KOKAN KABUSHIKI KAISIiA., TOKIO / JAPAN

Verfahren zum Bestimmen der Ermüdungsgeschwindigkeit von

Konstruktionselementen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der zunehmenden Geschwindigkeit der Ermüdung von Koit.stru,fktionselementen durch ein Streifenmuster in einer Schicht aus lichtdurchlässigem Stoff, die auf das Material des Konstruktionselementes aufgeklebt ist, wobei diese Schicht durch eine Polarisationsfolie abgedeckt ist und die Untersuchung vermittels weissen, das heißt unbunten Lichts erfolgt.

Das BeetiiKinungsverfahren gemäß der Erfindung kann ohne Zerstörung des Konstruktionselementes durchgeführt werden.

Das Fortschreiten der Ermüdung von Konstruktionselementen ist sehr v/ichtig, beispielsweise bei Brücken, Behältern, Luftfahrzeugen, Dämmen und dergleichen, die wiederholten, von aussen wirkenden Kräften ausgesetzt sind. Bisher war es jedoch schwierig, die Geschwindigkeit der Ermüdung solcher Bau-

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elemente festzustellen. Die Ermüdungsbeständigkeit verschiedener Materialien, wie sie für Konstruktionseleraente verwendet werden, wurde bisher vor dem Zusammenbau geprüft und ein· Grenzwert mit einem Sicherheitsfaktor festgelegt. Wenn die zunehmende Geschwindigkeit der Ermüdung solcher Konstruktionselemente , deren Ermüdungsbesbändigkeit im vorhinein bestimmt wurde, jederzeit genau gemessen wird,' dann kann man entsprechende Maßnahmen ergreifen, um diese Teile zu verstärken oder auszutauschen, bevor ein Versagen infolge Ermüdung auftritt.

" Gemäß der Erfindung wurde nun ein Verfahren entwickelt, mit dem die Ermüdungsgeschwindigkeit solcher Elemente ermittelt werden kann. Dieses Verfahren wird folgendermassen durchgeführt :

Eine Schicht aus einem etwas lichtdurchlässigen Material wird auf das Konstruktionselement , zum Beispiel auf eine. Metallplatte oder einen Metallstab so aufgebracht, daßvUie beiden Enden dieser Schicht mit dem Element fest verbunden sind.. Anschliessend wird eine dünne polarisierende Folie auf diese Schicht aufgebracht und befestigt. Der Film und die darunterliegende Schicht werden dann mit natürlichem ) weissen Licht bestrahlt. Mann beobachtet dann ein Streifenmuster, das einen Rückschluss auf die zunehmende Geschwindigkeit der Ermüdung dieses Konstruktionselementes zulässt.

Bei diesem Bestimmungsverfahren wird das Konstruktionselement nicht beschädigt und man kann die Ermüdungsgeschwindigkeit feststellen, bevor ein Versagen infolge Ermüdung auftritt.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert, in der:

Fig. 1 in einemDiagramm das Auftreten eines Versagens

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infolge einer Materialermüdung zeigt, wobei dieses Material einer wiederholten Beanspruchung mit konstanter Spannungsauiplitude ausgesetzt wird.

Fig. 2 zeigt im Schnitt die durchlässige Schicht, die direkt auf das Konstruktionselement aufgebracht ist.

Fig. 5 zeigt die Anordnung der Figur 2 von oben.

Fig. 4 stellt in einer Seitenansicht eine Ausführungsform dar, bei der die lichtdurchlässige Schicht auf ein Metallblech aufgebracht ist, das seinerseits mit dem zu untersuchenden Konstruktionselement verbunden ist.

Fig. 5 zeigt die Anordnung der Fig. 4 von oben.

Fig. 6 zeigt in einer Seitenansicht eine andere Ausführungsform der Erfindung, und
Fig. 7 zeigt die Anordnung der Fig. 6 von oben.

Fig. 8 zeigt die Anordnung der Erfindung bei der Prüfung von Kundmaterial.

Fig. 9 ist ein Schnitt durch die Anordnung der Fig. 8.

Fig. 10 schematisch in eiern Diagramm die Beziehung zwischen wiederholter Beanspruchung einer Metallplatte und der Anzahl der Arbeitsspiele bis zum Auftreten eines Versagens infolge Materialermüdung.

Materialien, die für Konstruktionselemente verwendet werden, verformen sich bekanntlich in Richtung der wirkenden Spannung und sie ermüden mit zunehmender Anzahl der Beanspruchungen

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wobei diese Ermüdung auf der wiederholten Beanspruchung oder auf einer sich überlappenden Wirkung der wiederholten Beanspruchung und einer statischen Spannung beruhen kann. Wenn die Zahl der Arbeitsspiele bei der Beanspruchung der inneren Spannung des Materials entspricht, dann tritt ein Versagen des Materials bereits bei geringerer Spannung auf, als dies bei statischer Belastung der EaIl wäre. In einem solchen Pail ist das Verhalten der dynamischen Spannung während der Wechselbeanspruchung natürlich sehr kompliziert.

Wenn ein Versagen infolge Materialermüdung bei Nx auftretender Spannung mit vorgegebener Amplitude auftritt, dann ist die Gescliwndigkeit der Zunahme der Ermüdung nach n-maliger Beanspruchung n/N. Ein solches Versagen tritt dann auf wenn n/N = 1 ist. Diese Beziehung ist in !Figur 1 dargestellt.

Der Quotient n/N wird folgendermassen bestimmt. Wie aus Figuren 2 und 3 ersichtlich, wird eine Schicht aus einem in gewissem Maße lichtdurchlässigem Stoff 2 auf das zu untersuchende Material 1 vermittels eines Klebmittels 3 aufgebracht. Der lichtdurchlässige Stoff 2 sollte vorzugsweisere"twa 5% des auftreffenden Lichtes durchlassen. Anschließend wird eine Polarisationsfolie 4 auf diese Schicht 2 aufgebracht. Es kann jedoch auch nach der in den Figuren 4 und 5 dargestellten Methode verfahren werden. In diesem Pail werden zwei gegenüberliegende Randteile eines Metallbleches 5 an dem zu untersuchenden Material 1 befestigt. Auf dieses Blech 5 werden die'Schicht 2 und darüber die Polarisationsfolie 4 aufgebracht. Fällt nun weisses Licht auf den Film und dringt in die Schicht ein, dann erkennt man ein Streifenmuster_t wie es in den Figuren 3 und 5 dargestellt ist. Dieses Streifenmuster wird mit einem Testmuster verglichen, das vermittels einer Vergleichsprobe festgelegt wurde. Durch den Vergleich kann man die zunehmende Ermüdung des Materials exakt bestimmen.

In den Figuren 6 und 7» bzw. 8 und 9 sind andere Ausführungs-

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formen der Erfindung dargestellt. Die Figuren 6 und 7 zeigen ein blattartiges Prüfstück, dessen Mittelteil schmäler ist und an dessen Enden Öffnungen 7 vorgesehen sind, durch die Haltemittel, zum Beispiel Schrauben zur Halterung des blattartigen Prüfstückes eingeführt werden können. In den Figuren 8 und 9 ist ein stabartiges Prüfstück dargestellt, dessen Mittelteil einen geringeren Durchmesser hat, und an dessen Endteilen Gewinde 8 vorgesehen sind, die zur Befestigung dieses Prüfstücks dienen.

Beispiel

Prüfstück: Aluminium, Dicke 6 mm

Lichtdurchlässige Schicht: 100 Teile Nylonharz und 50 Teile

Polyamidharz

Lichtdurchlässigkeit 35%
Filmdicke: 2,5mm

Klebmittel: 100 Teile Nylonharz und 60 Teile Epoxydharz, Dicke der Harzschicht 0,05 mm

Polarisationsfilm: Dicke 0,5mm

Die Beziehung zwischen der wiederholten Beanspruchung und der Zahl der Arbeitsspiele bis zum Bruch des Prüfstückes ist in Figur 10 dargestellt. Diese Beziehung kann durch folgende Formel v/iedergegeben v/erden: .

Μ ·+ ( % - «uVHl + "H/N j - +

wobei:

β*« wiederholt wirkende Spannung

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S₂ = 18Kg/mm²
η₂ = 10⁴, N₂ = 10⁶
SU = 10Kg/mm²

n^ = 2,2 χ 10⁶
IT, = 2,3 x 10⁶

Bei dem obigen Beispiel wird eine Spannung von 25kg/mm wiederholt erzeugt und das Versagen infolge Ermüdung tritt "bei einer

Spannung von 10kg/mm auf. Bei diesem Versuch kann man feststellen, dass die Ausbreitung des Streifenmusters nur einen geringen Zusammenhang mit der Größe der Spannung hat und der Geschwindigkeit des Fortschreitens der Ermüdung n/N proportional ist. Man erhält folgende Meßergebnisse:

n/N.' Beobachtungsfeld

n/N = 0,6	0,5
n/N = 0,8	1,0
n/N =0,9	1,5
n/N = 0,95	3,0
(dargestellt in Fig.3)

Dies bedeutet, daß der kritische Augenblick der Ermüdungsgeschwindigkeit dann vorliegt, wenn man in dem Beobachtungsfeld einen Polarisationswinkel von 3,0 erreicht.

Die Zunahme der Ermüdung bei Konstruktionselementen kann also nach dem erfindungsgemäßen Verfahren leicht festgestellt werden.

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Claims

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Patentansprüche

μ SiSi TH S

Verfahren zum Bestimmen der Geschwindigkeit der Ermüdung von Konstruktionselementen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht aus einem lichtdurchlässigen Stoff auf das zu untersuchende Material des Konstruktionelementes aufgeklebt wird, daß auf diese Schicht eine Polarisationsfolie aufgebracht wird, und daß die Ausbreitung eines Streifenmusters beobachtet wird, das durch die Polarisationsfolie in dem lichtdurchlässigen Stoff sichtbar wird, wenn dieser mit weissem Licht bestrahlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus lichtdurchlässigem Material auf ein Metallblech aufgeklebt wird, das mit dem zu untersuchenden Material fest verbunden wird.

3·. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus lichtdurchlässigem Stoff auf einen Metallstab bzw. ein Metallblech aufgeklebt wird, das an dem zu untersuchenden Material befestigt ist.

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