DE2063913C3

DE2063913C3 - Verfahren zum Bestimmen der Lebensdauer von Konstruktionselementen

Info

Publication number: DE2063913C3
Application number: DE19702063913
Authority: DE
Inventors: Michinosuke Higuchi; Masaki Horioka
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1969-12-27
Filing date: 1970-12-28
Publication date: 1974-10-17
Also published as: JPS5418157B1; CH539838A; DE2063913A1; GB1332148A; FR2074341A5; CS173576B2; NL7018897A; DE2063913B2; BE760876A

Description

end 7 zeigen ein blattartiges Prüfstück, dessen Mittelteil schmaler ist und an dessen Enden öffnungen? vorgesehen sind, durch die Haltemittel, ζ. Β. Schrauben, zur Halterung des blattartigen Prüfstücks eingeführt werden können. In den F i g. 8 und 9 ist ein «abartiges Prüfstück dargestellt, dessen Mittelteil einen geringeren Durchmesser hat und an dessen Endleilen 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: 2,5 mm.
Klebmittel: 100Teile Nylonharz und 60Teile

Epoxydharz, Dicke der Harzschicht 0,05 mm. Polarisationsfilm: Dicke 0,5 mm.

Die Beziehung zwischen der wiedf 'holten Beanspruchung und der Zahl der Arbeitsspiele bis zum Bruch des Prüfstückes ist in Fig. 10 dargestellt. Diese Beziehung kann durch folgende Formel wiedergegeben werden:

wobei

	^ι/Νχ ^Μ -	-It₁)IN₃ + H-JN₃ =- 1,
Λ σ =	wiederholt	wirkende Spannung,
<r, =	25 kg/mm²
	10³,
N₁ ~	10⁵,
	18 kg/mm²	Hi<

"a

10«,

10 kg/mm⁸,

2.2 ■ 10»,

2.3 · 10«.

Bei dem obigen Beispiel wird eine Spannung von 25 kg/mm⁸ wiederholt tfzeugt, und das Versagen infolge Ermüdung tritt bei einer Spannung von 10 kg/

:o mm² 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
ao „IN = 0,6	0,5
n/N - 0,8	1,0
„IN = 0,9	1,5
n/N = 0,95	3,0
(dargestellt in F i g. 3)

Dies bedeutet, daß der kritische Augenblick der Ermüdung dann vorliegt, wenn man in dem Beobachtungsfeld einen Polarisationswinkel von 3,0 erreicht, d. h., daß die Lebensdauer des Materials beendet ist.

Die Zunahme der Ermüdung, die Lebensdauer und das Ende der Lebensdauer von Konstruktionselementen kann daher nach dem erfindungsgemäßen Verfahren leicht festgestellt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

F ί g. 5 zeigt die Anordnung der F i g. 4 von oben; Patentanspruch: F i g. 6 zeigt in einer Seitenansicht eine andere Aus-

föhrungsform der Erfindung und

Verfahren zur Bestimmung der Lebensdauer F i g. 7 zeigt die Anordnung der F i g. 6 von oben; von Konstruktionselementen, dadurch ge- 5 Fig.8 zeigt die Anordnung der Erfindung bei der k e η η ζ e i c h η e t, daß ein Film aus einem licht- Prüfung von Rundmaterial;

durchlässigen Stoff auf das Material des Konstruk- F i g. 9 ist ein Schnitt durch die Anordnung der

tionselementes aufgeklebt wird, auf diesen Film ein F i g. 8;

Polarisationsfilm aufgebracht und die Ausbreitung F i g. 10 schematisch in einem Diagramm die Be-

eines Streifenmusters auf dem Film aus Hchtdurch- io ziehung zwischen wiederholter Beanspruchung einer lässigem Stoff unter weißem Licht beobachtet Metallplatte und der Anzahl der Arbeitsspiele bis wird, die mit steigendem Ermüdungsgrad fort- zum Auftreten eines Versagens infolge Materialermüschreitet. dung.

Materialien, die für Konstruktionselemente ver-

15 wendet werden, verformen sich bekanntlich in Richtung der wirkenden Spannung, und sie einüden mit

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bcstim- zunehmender Anzahl der Beanspruchungen, wobei men der Lebensdauer von Konstruktionselementen, diese Ermüdung auf der wiederholten Beanspruchung insbesondere durch die Messung der Ausbreitung oder auf einer sich überlappenden Wirkung der wiedereines Streifenmusters, die mit steigendem Ermüdungs- 20 holten Beanspruchung und einer statischen Spannung grad fortschreitet. beruhen kann. Wenn die Zahl der Arbeitsspiele bei

Das Fortschreiten der Ermüdung von Konsiruk- der Beanspruchung der inneren Spannung des Mationselementen ist sehr wichtig, beispielsweise bei terials entspricht, dann tritt ein Versagen des Materials Brücken, Behältern, Luftfahrzeugen, Dämmen u. dgl., bereits bei geringerer Spannung auf, als dies bei statidie wiederholten, von außen wirkenden Kräften aus- 25 scher Belastung der Fall wäre. In einem solchen KaII gesetzt sind. Bisher war es jedoch schwierig, den Er- ist das Verhalten der dynamischen Spannung während müdungsgrad solcher Bauelemente festzustellen. Die der Wechselbeanspruchung natürlich sehr kompliziert. Ermüdungsbest^ndigkeit verschiedener Materialien, Es ist sehr schwierig, die Lebensdauer eines Mate-

wie sie für Konstruktionselemente verwendet werden, rials zum Zeitpunkt der Herstellung eines Konstrukwurde bisher vor dem Zusamme-bau geprüft und ein 30 tionselementes zu berechnen, da sich die Lebensdauer Grenzwert mit einem Sicherheitsfaktor festgelegt. infolge sich addierender und wiederholender Spannun-Wenn die zunehmende 1 rmüduiiji; solcher Konstruk- gen und Dehnungen, d. h. mit dem Fortschreiten des tionselemente, deren Ermüdungsbeständigkeit im vor- Ermüdungsgrades, ändert. Die Lebensdauer von Mahinein bestimmt wurde und das Ende der Lebensdauer terialien wird, obwohl sie identisch sind, auf verschiedes Materials bestimmt, jederzeit genau gemessen .15 dene Weise verkürzt.

wird, dann kann man entsprechende Maßnahmen er- Wenn ein Versagen infolge Materialermüdung bei

greifen, um diese Teile zu verstärken oder auszutau- Nx auftretender Spannung mit vorgegebener Amplischen, bevor ein Versagen infolge Ermüdung auftritt. tude auftritt, dann ist der Ermüdungsgrad nach Gemäß der Erfindung wurde nun ein Verfahren ent- «-maliger Beanspruchung n/N. Ein solches Versagen wickelt, mit dem der Ermüdungsgrad solcher Eic- 40 tritt dann auf, wenn Σ n/N =■ 1 ist. Diese Beziehung mente ermittelt und die Lebensdauer bestimmt wer- ist in F i g. 1 dargestellt.

den kann. Dieses Verfahren ist erfindungsgemäß da- Der Quotient n/N wird folgendermaßen bestimmt.

durch gekennzeichnet, daß ein Film aus einem licht- Wie aus F i g. 2 und 3 ersichtlich, wird eine Schicht durchlässigen Stoff auf das Material des Konstruk- aus einem lichtdurchlässigen Stoff 2 auf das zu untertionselementes aufgeklebt wird, auf diesen Film ein 45 suchende Material 1 vermittels eines Klebmittels 3 Polarisationsfilm aufgebracht und die Ausbreitung aufgebracht. Der lichtdurchlässige Stoff 2 sollte voreines Streifenmusters auf dem Film aus lichtdurch- zugsweise wenigstens etwa 5 °„ des auftreffenden Lich-

lässigem Stoff unter weißem Licht beobachtet wird, tes durchlassen. Anschließend wird eine Polarisations-

die mit steigendem Ermüdungsgrad fortschreitet. folie 4 auf diese Schicht 2 aufgebracht. Es kann je-

Bei diesem Bestimmungsverfahren wird das Kon- 50 doch auch nach der in den F i g. 4 und 5 dargestellten

struktionselement nicht beschädigt, und man kann den Methode verfahren werden. In diesem Fall werden Ermüdungsgrad feststellen, bevor ein Versagen infolge zwei gegenüberliegende Randteile eines Metallble-

Ermüdung auftritt. ches 5 an dem zu untersuchenden Material 1 befestigt.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung Auf dieses Blech 5 werden die Schicht 2 und darüber

werden im folgenden an Hand der Zeichnung erläu- 55 die Polarisationsfolie 4 aufgebracht. Fällt nun weißes

tert, in der Licht auf den Film und dringt in die Schicht ein, dann

F i g. 1 in einem Diagramm das Auftreten eines erkennt man ein Streifenmuster, wie es in den F i g. 3

Versagens infolge einer Materialermüdung zeigt, wo- und 5 dargestellt ist. Das Streifenmuster erscheint auf

bei dieses Material einer wiederholten Beanspruchung ähnliche Weise wie bei den bekannten photoelasti-

mit konstanter Spannungsamplitude ausgesetzt wird; 60 schtin Prüfungsverfahren mit monochromatischem

F i g. 2 zeigt im Schnitt die durchlässige Schicht, die Licht. Dieses Streifenmuster wird mit einem Test*

direkt auf das Konstruktionselement aufgebracht ist; muster verglichen, das vermittels einer Vergleichs'

F i g. 3 zeigt die Anordnung der F i g. 2 von oben; probe festgelegt wurde. Durch den Vergleich kann

F i g. 4 stellt in einer Seitenansicht eine Ausfüh- man die zunehmende Ermüdung des Materials exakt

rungsform dar, bei der die lichtdurchlässige Schicht auf 65 bestimmen und die Lebensdauer des Materials er- ein Metallblech aufgebracht ist, das seinerseits mit mitteln.

dem zu untersuchenden Konstruktionselement ver- In den Fi g. 6 und 7 bzw. 8 und 9 sind andere Auf-

bunden ist; fiihrungsformen der Erfindung dargestellt. Die F i g. 6