DIN EN 3987-2010 Aerospace series - Test methods for metallic materials - Constant amplitude force-controlled high cycle fatigue testing German and English version EN 3987 2009《航空航.pdf

1、Januar 2010DEUTSCHE NORM Normenausschuss Luft- und Raumfahrt (NL) im DINPreisgruppe 20DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e.V., Berlin, gestattet.ICS 49.025.01; 49.025.05!$Z?k“1552872www.din

2、.deDDIN EN 3987Luft- und Raumfahrt Prfverfahren fr metallische Werkstoffe Schwerlastwechselermdung (HCF) im kraftgesteuerten Versuch;Deutsche und Englische Fassung EN 3987:2009Aerospace series Test methods for metallic materials Constant amplitude force-controlled high cycle fatigue testing;German a

3、nd English version EN 3987:2009Srie arospatiale Mthodes dessais applicables aux matriaux mtalliques Essais de fatigue mgacyclique en contrainte impose;Version allemande et anglaise EN 3987:2009Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 49 SeitenDIN EN 398

4、7:2010-01 2 Nationales Vorwort Der Verband der Europischen Luft-, Raumfahrt- und Verteidigungsindustrie Normung (ASD-STAN) ist vom Europischen Komitee fr Normung (CEN) fr zustndig erklrt worden, Europische Normen (EN) fr das Gebiet der Luft- und Raumfahrt auszuarbeiten. Durch die Vereinbarung vom 3.

5、 Oktober 1986 wurde ASD Assoziierte Organisation (ASB) des CEN. Die vorliegende Norm EN 3987:2009 wurde von ASD-STAN, Fachbereich Metallische Werkstoffe, unter Mitwirkung deutscher Experten des Normenausschusses Luft- und Raumfahrt erarbeitet. Das zustndige deutsche Normungsgremium ist der Arbeitssa

6、uschuss NA 131-01-01 AA Sthle“ im DIN Normenausschuss Luft- und Raumfahrt. Entsprechend Beschluss 57/9 des Technischen Ausschusses des Beirats des Normenausschusses Luft- und Raumfahrt (NL) im DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. sind die europischen Luft- und Raumfahrt-Normungsergebnisse zweispr

7、achig, in Deutsch und Englisch, in das Deutsche Normenwerk zu berfhren. EUROPISCHE NORM EUROPEAN STANDARD NORME EUROPENNE EN 3987 Oktober 2009 ICS 49.025.01; 49.025.05 Deutsche Fassung Luft- und Raumfahrt Prfverfahren fr metallische Werkstoffe Schwerlastwechselermdung (HCF) im kraftgesteuerten Versu

8、ch Aerospace series Test methods for metallic materials Constant amplitude force-controlled high cycle fatigue testing Srie arospatiale Mthodes dessais applicables aux matriaux mtalliques Essais de fatigue mgacyclique en contrainte impose Diese Europische Norm wurde vom CEN am 11. Juli 2008 angenomm

9、en. Die CEN-Mitglieder sind gehalten, die CEN/CENELEC-Geschftsordnung zu erfllen, in der die Bedingungen festgelegt sind, unter denendieser Europischen Norm ohne jede nderung der Status einer nationalen Norm zu geben ist. Auf dem letzten Stand befindliche Listen dieser nationalen Normen mit ihren bi

10、bliographischen Angaben sind beim Management-Zentrum des CEN oder bei jedem CEN-Mitglied auf Anfrage erhltlich. Diese Europische Norm besteht in drei offiziellen Fassungen (Deutsch, Englisch, Franzsisch). Eine Fassung in einer anderen Sprache,die von einem CEN-Mitglied in eigener Verantwortung durch

11、 bersetzung in seine Landessprache gemacht und dem Management-Zentrum mitgeteilt worden ist, hat den gleichen Status wie die offiziellen Fassungen. CEN-Mitglieder sind die nationalen Normungsinstitute von Belgien, Bulgarien, Dnemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich,Griechenland, Irland, I

12、sland, Italien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, den Niederlanden, Norwegen, sterreich, Polen, Portugal,Rumnien, Schweden, der Schweiz, der Slowakei, Slowenien, Spanien, der Tschechischen Republik, Ungarn, dem Vereinigten Knigreichund Zypern. EUROPISCHES KOMITEE FR NORMUNG EUROPEAN COMMITTEE FOR

13、 STANDARDIZATION COMIT EUROPEN DE NORMALISATIONManagement-Zentrum: Avenue Marnix 17, B-1000 Brssel 2009 CEN Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Verfahren, sind weltweit den nationalen Mitgliedern von CEN vorbehalten.Ref. Nr. EN 3987:2009 DDIN EN 3987:2010-01 EN 3987:200

14、9 (D) Inhalt Seite Vorwort 3 1 Anwendungsbereich .4 2 Normative Verweisungen4 3 Kurzbeschreibung .4 4 Begriffe .5 5 Symbole und Abkrzungen 5 6 Prfausrstung 7 7 Probe.11 8 Prfverfahren .15 9 Kontrollen nach der Prfung16 10 Prfbericht17 Anhang A (informativ) Anwendung der Thermoelemente.19 Anhang B (i

15、nformativ) Probenherstellung20 Anhang C (informativ) Richtlinien fr die Handhabung und das Entfetten der Probe.22 Anhang D (informativ) Richtlinien zum Erstellen einer Whlerkurve 23 Literaturhinweise 24 2 DIN EN 3987:2010-01 EN 3987:2009 (D) Vorwort Dieses Dokument (EN 3987:2009) wurde vom Verband d

16、er Europischen Luft-, Raumfahrt- und Verteidi-gungsindustrie Normung (ASD-STAN) erstellt. Nachdem Umfragen und Abstimmungen entsprechend den Regeln dieses Verbandes durchgefhrt wurden, hat diese Norm die Zustimmung der nationalen Verbnde und offiziellen Behrden der Mitgliedslnder der ASD erhalten, b

17、evor sie CEN vorgelegt wurde. Diese Europische Norm muss den Status einer nationalen Norm erhalten, entweder durch Verffentlichung eines identischen Textes oder durch Anerkennung bis April 2010, und etwaige entgegenstehende nationale Normen mssen bis April 2010 zurckgezogen werden. Es wird auf die M

18、glichkeit hingewiesen, dass einige Texte dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen, ohne dass diese vorstehend identifiziert wurden. CEN und/oder CENELEC sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. Entsprechend der CEN/CENELEC-Geschftsordnung sin

19、d die nationalen Normungsinstitute der folgenden Lnder gehalten, diese Europische Norm zu bernehmen: Belgien, Bulgarien, Dnemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, Niederlande, Norwegen, sterreich, Polen, Portugal,

20、 Rumnien, Schweden, Schweiz, Slowakei, Slowenien, Spanien, Tschechische Republik, Ungarn, Vereinigtes Knigreich und Zypern. 3 DIN EN 3987:2010-01 EN 3987:2009 (D) 1 Anwendungsbereich Diese Norm gilt fr die Prfung der Schwerlastwechselermdung (HCF, hochzyklische Ermdung) im kraftge-steuerten Versuch

21、von metallischen Werkstoffen, die durch EN-Normen der Luft- und Raumfahrt festgelegt sind. Sie legt die zu bestimmenden mechanischen Eigenschaften, die Ausrstung, die Proben, die Art des Vorgehens bei der Prfung und die Darstellung der Ergebnisse fest. Die Norm gilt fr einachsige Belastungsprfungen,

22、 die an glatten (unversehrten) oder eingekerbten Proben bei Umgebungstemperatur und erhhten Temperaturen durchgefhrt werden. Es ist nicht vorgesehen, die Prfung von komplexeren Proben, von Bauteilen oder Strukturen in Originalgre zu behandeln, obwohl die Methodik eigentlich fr die Bercksichtigung di

23、eser Prfungen bernommen werden knnte. Der Zweck dieses Dokumentes ist die Sicherstellung von Kompatibilitt und Vergleichbarkeit der Prfer-gebnisse. Es behandelt nicht die Beurteilung oder Auswertung der Ergebnisse. 2 Normative Verweisungen Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dies

24、es Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). EN 10002-2:1991, Metallische Werkstoffe Zugfestigkeitsprfung Teil 2: Verifikation der

25、 Kraftmessein-richtung der Zugfestigkeitsprfmaschine ASTM E 1012, Standard practice for Verification of test frame and specimen alignment under tensile and compressive axial force application1)3 Kurzbeschreibung Die Prfung der einachsig belasteten Schwerlastwechselermdung im kraftgesteuerten Versuch

26、 besteht aus der Beibehaltung einer Probe bei einer gleichmigen Temperatur und deren Beanspruchung mit einer wellenfrmigen Kraftamplitude. Die Gre der angewandten zyklischen Kraft beeinflusst die Entwicklung einer mikroskopisch plastischen Verformung innerhalb des Prfabschnittes, wodurch die Ermdung

27、slebensdauer bestimmt wird. Eine Reihe dieser Prfungen ermglicht es, das Verhltnis zwischen der aufgebrachten Kraft und der Anzahl der Zyklen bis zur Ermdung festzustellen. Diese erzeugten Ermdungslebensdauern liegen blicherweise im Bereich von 104bis 108Zyklen bis zum Bruch (Versagen) und das Prfre

28、gime wird als Schwerlastermdung (HCF, hochzyklische Ermdung) bezeichnet. 1) Herausgegeben durch: American Society for Testing and Materials (ASTM), 1916 Race Street, Philadelphia PA 19103 USA. 4 DIN EN 3987:2010-01 EN 3987:2009 (D) 4 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die folgenden Be

29、griffe. 4.1 kraftgesteuert wird zur Beschreibung von Prfungen angewendet, bei denen die auf einen bekannten Prfabschnitt wirkende Kraft geregelt wird 4.2 Prfabschnitt festgelegt als der Bereich der Probe zwischen den bergangskehlen innerhalb des Einspannbereiches und es kann ein Bereich mit kontinui

30、erlichem Radius oder mit parallelen Seiten sein 4.3 Zyklus festgelegt als der kleinste Abschnitt der Kraft-Zeit-Funktion, der sich periodisch wiederholt. In Bild 1 ist das fr einen sinusfrmigen Schwingungsverlauf zusammen mit einer geeigneten Nomenklatur, die darber hinaus den Kraftzyklus bestimmt,

31、dargestellt 4.4 Bruch festgelegt als die vollstndige Abtrennung der Probe innerhalb des Prfabschnittes 5 Symbole und Abkrzungen Siehe Tabelle 1. 5 DIN EN 3987:2010-01 EN 3987:2009 (D) Tabelle 1 Begriffe und Symbole in Zusammenhang mit der kraftgesteuerten Ermdungsprfung Symbol Einheit Begriff Defini

32、tion F kN Kraft Die auf den Prfabschnitt aufgebrachte Kraft. Zugkrfte gelten als positiv und Druckkrfte als negativ. Fmax.kN Hchstkraft Der hchste algebraische Wert der aufgebrachten Kraft. Fmin.kN Mindestkraft Der niedrigste algebraische Wert der aufgebrachten Kraft. F kN Kraftmess-bereich Die alge

33、braische Differenz zwischen der Hchst- und Mindestkraft (Fmax. Fmin.). Fa kN Kraftamplitude Die Hlfte der algebraischen Differenz zwischen der Hchst- und Mindestkraft (Fmax. Fmin.)/2. Fm kN Mittlere Kraft Die Hlfte der algebraischen Summe der Hchst- und Mindestkrfte (Fmax.+ Fmin.)/2. R Kraftverhltni

34、s Das algebraische Verhltnis der Mindestkraft zu der Hchstkraft. Siehe Bild 2 fr Beispiele von unterschiedlichen Kraftverhltnissen. (Fmin./Fmax.) MPa Spannung Die aufgebrachte Kraft dividiert durch die Nennquerschnittsflche. Die Nennquerschnittsflche ist die aus den bei Umgebungs-temperatur vorgenom

35、menen Messungen berechnete Querschnitts-flche, und die nderung des Bereiches als Ergebnis der erhhten Temperaturen bleibt unbercksichtigt. Die oberhalb erwhnte Nomenklatur fr die Kraft gilt auch, mit F ersetzt durch , fr die Spannung. N Anzahl der Lastwechsel Die Anzahl der aufgebrachten Lastwechsel

36、. f Hz Hufigkeit der Wechsel Die Anzahl der aufgebrachten Lastwechsel je Sekunde. NfDauerhaltbar-keit oder Ermdungs-lebensdauer Die Anzahl der Wechsel bis zum Bruch. KtTheoretischer Spannungs-konzentrations-faktor Das Verhltnis der Kerbspannung zur Nutzquerschnittsspannung, berechnet nach der festge

37、legten elastischen Theorie auf die Nennbereichsspannung. ANMERKUNG Verschiedene angewendete Verfahren zur Bestimmung von Ktknnen zu Abweichungen in den angegebenen Werten fhren. NMPa Ermdungs-festigkeit bei N Wechseln Der Wert der Spannungsamplitude bei einem festgelegten Span-nungsverhltnis unter d

38、em die Probe eine Lebensdauer von mindestens N Wechseln bei einer angegebenen Wahrscheinlichkeit haben wird. 6 DIN EN 3987:2010-01 EN 3987:2009 (D) 6 Prfausrstung 6.1 Prfmaschine 6.1.1 Allgemeines Die Prfungen mssen auf einer Zug-/Druckprfmaschine durchgefhrt werden, die fr einen gleichmigen Anlauf

39、ohne Umkehrspiel beim Durchlauf bis Null konstruiert ist. Zur Verminderung des Risikos des Ausknickens der Probe sollte die Maschine eine groe Biegesteifheit senkrecht zur Biegeebene und genaue Ausrichtung zwischen den zum Einspannen der Probenenden verwendeten Bauteilen aufweisen. Das Belastungssys

40、tem der Maschine muss ein gesteuertes System sein, in dem die Belastung der Probe servogeregelt wird. Das kann hydraulisch oder elektromechanisch erfolgen. Die Kraftmesszelle der Maschine sollte whrend der Prfung mit erhhten Temperaturen angemessen abgeschirmt und/oder gekhlt werden, damit sie inner

41、halb ihres Temperaturbetriebsbereich bleibt. 6.1.2 Kalibrierung der Prfmaschine Die Kraftmesseinrichtung muss in Abstnden, die ein Jahr nicht berschreiten drfen, verifiziert werden. Das anzuwendende Verfahren entspricht dem von EN 10002-2 mit der folgenden nderung bezogen auf das Aufbringen der Prfk

42、rfte, um die Kalibrierung bei Zug und Druck bis Null zu erfassen (Abschnitt 5.4.5 von EN 10002-2:1991). Drei Messreihen mssen durchgefhrt werden. Jede Reihe muss mindestens 20 Kraftstufen wie folgt umfassen: 5 ansteigende Kraftstufen bei Zug in gleichen Abstnden von 20 % bis 100 % des Skalenendwerte

43、s, 10 abnehmende Kraftstufen in gleichen Abstnden von 100 % des Skalenendwertes bei Zug abwrts bis zum Skalenendwert bei Druck, 5 ansteigende Kraftstufen in gleichen Abstnden von 100 % des Skalenendwertes bei Druck bis auf Null. Die relativen Fehler von Genauigkeit, Wiederholbarkeit, Umkehrbarkeit u

44、nd auf Null setzen mssen innerhalb der in EN 10002-2:1991, Klasse 1, festgelegten Grenzen liegen. Vor der Einstellung der Prfmaschine muss whrend des Kalibrierverfahrens eine Anfangskalibrierung durch-gefhrt werden, sodass der Einfluss jeglicher Fehler auerhalb der Anforderungen der Klasse 1 nachvol

45、l-zogen werden kann. ANMERKUNG Zeitgeme Prfmaschinen sollten diese Anforderung ohne weiteres erfllen, wenn jedoch Anfangs-fehler vorhanden sind, dann msste die Kalibrierperiode dementsprechend nochmals berprft werden. 6.2 Zhlen der Zyklen Die Anzahl der auf die Probe aufgebrachten Zyklen muss so auf

46、gezeichnet werden, dass die Auflsung besser als 0,1 % der angezeigten Lebensdauer ist. ANMERKUNG Ein kalibrierter Zeitschalter ist ein erstrebenswertes Zubehr fr den Zykluszhler. Falls er fr die Angabe der gesamten abgelaufenen Zeit bis zum Bruch eingesetzt wird, ermglicht das eine hervorragende Nac

47、hprfung der Frequenz des Zyklenzhlers fr eine festgelegte Frequenz der Wellenform. 7 DIN EN 3987:2010-01 EN 3987:2009 (D) 6.3 Erzeugung und Kontrolle der Schwingungsform Der Schwingungsverlauf des Lastwechsels muss konstant sein und der Lastwechsel ist mit einer festgelegten Frequenz whrend der gesa

48、mten Dauer eines Prfprogramms aufzutragen. Der verwendete Schwingungs-formgenerator muss so eine Wiederholbarkeit aufweisen, dass die Abweichung bei den Lastniveaus zwischen den aufeinander folgenden Zyklen fr die Dauer der Prfung innerhalb der Kalibriergrenzen der Prfmaschine bei der Gesamtabweichu

49、ng bei dem Lastniveau innerhalb von 1 % des geforderten Wertes, wie in 6.1.2 festgelegt, liegt. In Bild 1 sind Begriffe im Verhltnis zu einem sinusfrmigen Schwingungsverlauf festgelegt. Andere Schwingungsformen knnen weiter Begriffsbestimmungen der Parameter erfordern, obwohl die Nomenklatur nach Mglichkeit beibeh