DE2821553A1 - Verfahren zur ermittlung von anrissen an pruefkoerpern bei der dynamischen werkstoffpruefung - Google Patents
Verfahren zur ermittlung von anrissen an pruefkoerpern bei der dynamischen werkstoffpruefungInfo
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Description
ba/fr -
MOTOREN- UND TURBINEN-JNION
MÜNCHEN GMBH
MÜNCHEN GMBH
München, 17. Mai 1978
Verfahren zur Ermittlung von Anrissen an Prüfkörpern bei der dynamischen Werkstoffprüfung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung von Anrissen an Prüfkörpern (Proben oder Bauteile) bei der
dynamischen Werkstoffprüfung.
Bei der dynamischen Festigkeitsprüfung von Materialproben oder Bauteilen v/ird bei der Ermittlung der niederfrequenten
Kurzzeitermüdung (LCP = Low cycle fatigue) außer der Bruchlastwechselzahl auch die Anrxßlastwechselzahl gefordert.
Besonders die Bestimmung der Anrxßlastwechselzahl bereitet sowohl bei Raumtemperatur als auch bei erhöhter
Umgebungstemperatur Schwierigkeiten. Meistens ist der Anriß optisch nur dann erkennbar, wenn er bereits größere
Abmessungen angenommen hat. Andere bekannte Methoden zur Rißprüfung, wie etwa mittels Ultraschall oder mittels Stromdurchgang
durch die Probe erfordern beträchtlichen meßtechnischen Aufwand und sind dann nur sehr begrenzt einsetz-
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bar, wenn die Prüfung bei erhöhter Temperatur durchgeführt werden soll.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein gattungsgemäßes Verfahren zur Anrißermittlung zu schaffen,
das mit vergleichsweise geringem meßtechnischem Aufwand und großer Sicherheit auch bei hohen Pruftemperaturen angewendet
werden kann. Dabei soll sowohl Stromdurchgang durch den Prüfkörper als auch optische Abtastung vermieden
sein.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Prüfkörper während der Prüfung in seiner Eigenfrequenz
angeregt wird und ein Anriß aus einer Änderung der Eigenfrequenz geschlossen wird.
Dieses erfindungsgemäße Verfahren geht von der Erkenntnis aus, daß es sich bei üblichen servohydraulxsehen Werkstoff-Prüfmaschinen
(= Hydropulser), auf denen üblicherweise die Anrißermittlung durchgeführt werden muß, um sogenannte
2-Masseschwinger handelt. Der Prüfkörper ist dabei die Feder mit der Federsteifigkeit C und der Arbeitskolben
einerseits und das Gehäuse bzw. der Rahmen der Prüfmaschine andererseits sind die 2 Massen. Dieses 2-Massesystem besitzt
verschiedene Eigenfrequenzen. Dabei ist die Grundeigenfrequenz f nur von der Federsteifigkeit des Prüf-
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körpers abhängig, da die Massen der Prüfmaschine (Arbeitskolben und Gehäuse) konstant bleiben. Tritt nun bei
der dynamischen Prüfung eines Prüfkörpers ein Anriß auf, so ändert sich dadurch die Federsteifigkeit und es stellt
sich eine neue Eigenfrequenz F1 ein. Erfindungsgemäß wird
die Eigenfraquenzändarung Δ. f = fo - f.. als Maß für dan
Rißbeginn bzw. die Rißgröße verwendet. Die Eigenfrequenz ist als Resonanzfrequenz aufgrund der großen Amplitudenverhältnisse
(Anregungsamplitude zur Überhöhungsamplitude) leicht erkennbar.
Die Messung der sich einstellenden Eigenfrequenz soll vorzugsweise bei immer gleichen Vorspannverhältnxssen des
Prüfkörpers erfolgen, so daß Fehler durch unterschiedliche Ausgangsverhältnxsse mit Sicherheit ausgeschlossen
sind.
Besonders vorteilhaft ist es, die Messung der sich einstellenden Eigenfrequenz jeweils beim Null-Durchgang der
Prüflast vorzunehmen. Es kann jedoch auch eine Messung beim Null-Durchgang der Dehnung des Prüfkörpers erfolgen.
Eine besonders vorteilhafte Art, den Prüfkörper in der Eigenfrequenz anzuregen, besteht darin, daß die Anregung
unmittelbar über das Servoventil der dynamischen Werkstoffprüfmaschine erfolgt. Diese Art der Anregung empfiehlt
sich vor allem dann, wenn es sich um relativ große Massen
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und relativ kleine Federkonstanten beim 2-Massesystem
handelt (niedrige Eigenfrequenz). '
Liegen dagegen relativ kleine Massen und relativ große Federsteifigkeit vor, so ist es vorteilhaft, neben dem
Servoventil, das dia Pulsation der dynamischen Werkstoffprüfmaschine
steuert, zusätzlich ein hochfrequentes Servoventil vorzusehen und über dieses das Schwingungssystem
mit der Eigenfrequenz anzuregen.
Die Anregung des Prüfkörpers kann jedoch auch in vorteilhafter Weise mittels eines elektromagnetischen Schwingers
erfolgen, der auf den Arbeitskolben der dynamischen Werkstoffρrufmaschine wirkt. Diese Art der Anregung ist
dann besonders günstig, wenn mit sehr hohen Frequenzen angeregt werden muß.
Anhand der beigefügten Zeichnungen soll das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert werden.
In den Zeichnungen zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Regelkreises zur Einstellung der Erregerfrequenz und
Registrierung der Eigenfrequenz bei einem
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sich in einer dynamischen Werkstoffprüfmaschine befindenden" Prüfkörper,
Fig. 2 eine gegenständliche schematisierte servohydraulische
Werkstoffprüfmaschine (Hydropulser) , an der das srfindungsgeniäße Verfahren
durchgeführt werden kann.
Bei dem in Fig. 2 schematisch dargestellten Hydropulser ist das Gehäuse eines Ärbeitszylinders 1 mit 10 bezeichnet,
der im Arbeitszylinder 1 angeordnete Arbeitskolben mit 21. über den Arbeitskolben 21 wird auf einen als Feder dargestellten
Prüfkörper 13 die dynamisch wechselnde Prüfkraft
aufgebracht. Ein elektrohydraulxsches Servoventil 3 steuert den ölzufluß zum Arbeitszylinder 1, der die am
Prüfkörper 13 verlangte Prüfkraft erzeugt. Diese Prüfkraft
wird in einer Kraftmeßdose 14 gemessen und in einem Meßverstärker 24 in eine der Prüfkraft proportionale elektrische Spannung umgeformt. Diese Spannung wird in einem
Regelverstärker 11 mit der von einem Sollwertgeber 12
kommenden Führungsgröße verglichen. Bei einer Differenz zwischen Soll- und Istwert wird im Regelverstärker 11 mit
Hilfe von Netzwerken und einem Leistungsverstärker der zum Betätigen des Servoventils erforderliche elektrische
Strom erzeugt. Die Elemente 3, 1, 13, 14, 10 und 11 bilden einen geschlossenen Regelkreis. Ein Hydraulikaggregat mit
den Elementen 4 bis 8 dient zur Energieversorgung.
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Erfindungsgemäß soll nun entweder über das Servoventil 3
oder über ein zusätzliches hochfrequentes Servoventil 22 oder über einen elektromagnetischen Schwinger 31, der am Arbeitskolben
21 angeschlossen ist, das System zusätzlich in seiner Eiganfrequenz angeregt werden.
Die Einstellung dieser Erregerfrequenz und die Registrierung einer Änderung in der Eigenfrequenz wird mittels eines
Regelkreises gemäß Fig. 1 bewerkstelligt. Der Prüfkörper ist in diesem Regelkreis wieder mit 13, die Hochfrequenzanregung
mit 22 bzw. 31, die Kraftmeßdose mit 14 und ein der Kraftmeßdose nachgeschalteter Meßverstärker mit 24
bezeichnet. Mit Hilfe eines Soll-Istwert-Vergleichers
der ein Resonanzverweilsystem einschließt und der die ihm
aus dem Verstärker 24 zugeführte tatsächliche Frequenz mit der ihm vom Sollwertgeber zugeführten Sollfrequenz
vergleicht. Der Soll-Istwert-Vergleicher dient also der
genauen Einstellung der Eigenfrequenz des Prüfkörpers 13,
bzw. des 2-Massesystems. Die aus dem Soll-Istwert-Vergleicher
austretende Steuerspannung wird über einen Amplitudenregler 29 und einen weiteren Verstärker 3o dem Hochfrequenzsteuerelement
(entweder das hydraulische Servoventil 22 oder ein elektromagnetischer Schwinger 31) zugeführt.
Bei Auftreten eines Anrisses am Prüfkörper 13 ändert
sich die Eigenfrequenz, was von einem überwachungs-
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gerät 25 registriert wird. Dieses Überwachungsgerät 25
kann sehr feinfühlig eingestellt werden, so daß bereits bei geringem Abfall der ihm aus dem Verstärker 24 zugeführten
Frequenz ein Folgesignal von ihm abgegeben wird, was z. B. zum Abschalten des Hydropulsers verwendet
wird oder zu Registrierzwecken.
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Claims (1)
- PatentansprücheVerfahren zur Ermittlung von Anrissen an Prüfkörpern bei der dynamischen Werkstoffprüfung, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfkörper während der Prüfung in seiner Eigenfrequenz angeregt wird und ein auftretender Anriß aus einer Änderung der Eigenfrequenz geschlossen wird.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Eigenfrequenz bei immer gleichen Vorspannverhältnissen des Prüfkörpers erfolgt.3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Eigenfrequenz beim Null-Durchgang der Prüflast erfolgt.4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregung des Prüfkörpers inT~566 909847/0260OBlGlNAL INSPECTEDseiner Eigenfrequenz durch Aufgabe dieser Erregerfrequenz über das Servoventil der dynamischen Werkstoffprüfmaschxne erfolgt.5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregung des Prüfkörpers in seiner Eigenfrequenz mittels eines elektromagnetischen Schwingers erfolgt, der auf den Arbeitskolben der dynamischen Werkstoffprüfmaschin^ wirkt.6. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregung des Prüfkörpers in seiner Eigenfrequenz mittels eines zusätzlichen hochfrequenten Servoventils erfolgt, welches der Prüffrequenz des Arbeitskolbens die Eigenfrequenz überlagert.17.O5.1973909847/0260
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