1、1DEUTSCHE NORM Mrz 2002Prfung von KohlenstoffmaterialienBestimmung des dynamischen Elastizittsmodulsdurch ImpulsanregungFeststoffe51942ICS 71.060.10Testing of carbonaceous materials Determination of dynamic modulus of elasticity by pulse excitation Solid materialsEssais des matriaux de carbone Dterm
2、ination du module dynamique dlasticit Matires solidesVorwortDieser Norm wurde vom Arbeitsausschuss NMP 281 Prfverfahren fr Kohlenstoff und Graphit imNormenausschuss Materialprfung ausgearbeitet.1 AnwendungsbereichDiese Norm legt ein Eigenschwingungsverfahren zur Bestimmung des dynamischen Elastizitt
3、smoduls vonProbekrpern aus Kohlenstoff- und Graphitmaterialien bei Raumtemperatur fest. Der dynamischeElastizittsmodul erlaubt Aussagen ber das elastische Formnderungsverhalten (Steifigkeit) desuntersuchten Materials.Fortsetzung Seite 2 bis 7Normenausschuss Materialprfung (NMP) im DIN Deutsches Inst
4、itut fr Normung e.V. DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. .Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, Ref. Nr. DIN 51942:2002-03nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet. Preisgr. 06 Vertr.-Nr. 0006Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 107
5、72 BerlinDIN 51942:2002-0322 Normative VerweisungenDiese Norm enthlt durch datierte oder undatierte Verweisungen Festlegungen aus anderen Publikationen.Diese normativen Verweisungen sind an den jeweiligen Stellen im Text zitiert, und die Publikationen sindnachstehend aufgefhrt. Bei datierten Verweis
6、ungen gehren sptere nderungen oder berarbeitungendieser Publikationen nur zu dieser Norm, falls sie durch nderung oder berarbeitung eingearbeitet sind.Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe der in Bezug genommenen Publikation (einschlielichnderungen).DIN 862, Messschieber Anforderungen
7、, Prfung.DIN 863-1, Messschrauben Bgelmessschrauben, Normalausfhrung Begriffe, Anforderungen,Prfung.DIN 1333, Zahlenangaben.3 DefinitionenFr die Anwendung dieser Norm gelten die folgenden Begriffe.3.1 Elastizittsmodul E; E-ModulQuotient aus der Spannung und der Dehnung eines Krpers=E (1)DIN 51915:19
8、97-10ANMERKUNG 1 Der Elastizittsmodul (im Folgenden kurz E-Modul genannt) kann bei statischer Belastung alsstatischer E-Modul oder auch dynamisch aus der Schallgeschwindigkeit vsals dynamischer E-Modul Edynermitteltwerden (siehe z. B. Bild 1).1)(1(1+=R2sdynvE (2)Dabei ist:vsdie Schallgeschwindigkeit
9、 im Probekrper; Rdie Rohdichte des Probekrpers.ANMERKUNG 2 Der Zusammenhang zwischen Spannung und Dehnung ist bei Kohlenstoff- und Graphitmaterialiennicht linear. Der statische E-Modul, der sich aus der Verbindungslinie (Geraden) zwischen Nullpunkt und erreichtemSpannungs- und Dehnungswert ergibt (S
10、ekantenmodul), ist stets kleiner als der dynamische E-Modul, der sich aus derTangente im Nullpunkt der Spannungs-Dehnungskurve ableiten lsst (Tangentenmodul).DIN 51942:2002-033Bild 1 Vergleich von Messwerten des dynamischen E-Moduls durch Impulsanregung(aus der Eigenschwingung nach Grindo-Sonic) und
11、 aus der Ultraschall-Laufzeit4 Kurzbeschreibung des VerfahrensDer dynamische E-Modul wird durch Impulsanregung bestimmt. Dazu wird ein stabfrmiger Probekrperkonstanten Querschnitts zu transversalen Schwingungen angeregt. Die Frequenz dieser Schwingung wirdzur Berechnung des dynamischen E-Moduls verw
12、endet.ANMERKUNG Weitere Normen zur Bestimmung des dynamischen Elastizittsmoduls siehe DIN 51915 undDIN 51934.5 Gerte Gert1) zur Bestimmung der Eigenschwingung prismatischer Probekrper, Lngenmessgert mit Fehlergrenzen von 0,2 %, z. B. Messschieber nach DIN 862 oder Bgelmess-schraube nach DIN 863-1.6
13、ProbekrperEs sind stabfrmige Probekrper mit konstantem kreisfrmigem oder rechteckigem Querschnitt zuverwenden. Die Stirnflchen mssen senkrecht zur Lngsachse stehen. Die Lnge muss mindestens dasDreifache der grten Querabmessung des Probekrpers betragen. In keiner Richtung darf derProbekrper kleiner a
14、ls der zweifache Durchmesser des grten Gefgeelements, z. B. max. Korngredes untersuchten Materials (Maximalkorn), jedoch nicht kleiner als 4 mm sein.ANMERKUNG 1 Abhngig von der oberen Frequenzgrenze fmaxder verwendeten Apparatur und vom dynamischenE-Modul des zu untersuchenden Materials darf eine Pr
15、obenlnge lminnicht unterschritten werden. Sie errechnet sichnach Gleichung (3).Rdyn=41maxminEfl (3)1) ber Bezugsquellen gibt Auskunft: Normenausschuss Materialprfung (NMP) im DIN Deutsches Institut frNormung e.V., 10772 BerlinDIN 51942:2002-034ANMERKUNG 2 Bei Probekrpern zu geringer Lnge kann der dy
16、namische E-Modul auch durch Ultraschall-Laufzeitmessungen bestimmt werden. Aus der Schall-Laufzeit und der Lnge l des Probekrpers ergibt sich dieSchallgeschwindigkeit vsnach der Gleichung (4):lv =s(4)Daraus kann der dynamische E-Modul nach Gleichung (2) wie folgt bestimmt werden:Rdyn=22lE (5)Da Kohl
17、enstoffmaterialien den Ultraschall stark streuen, werden zweckmigerweise Frequenzen unterhalb 1 MHzbenutzt.7 Durchfhrung(siehe Bild 2)Die Abmessungen werden auf 0,2 % bestimmt.Um eine mglichst ungestrte Eigenschwingung zu erzielen, muss der Probekrper auf Gummi-, Filz- oderSchaumstoffstreifen gelegt
18、 werden. Die Auflagepositionen mssen etwa 1/5 der Probenlnge von denEnden des Probekrpers entfernt sein, da sich dort die Knotenpunkte der Transversalschwingung befinden.Der Probekrper ist auf halber Lnge durch einen leichten Schlag in Schwingungen zu versetzen. DerSchwingungsaufnehmer muss auf halb
19、er Lnge im rechten Winkel zur Schlagrichtung auf den Probekrperleicht aufgesetzt werden. Das angeschlossene Messgert misst die Eigenschwingung und zeigt dieEigenfrequenz f1des Probekrpers an. Drei aufeinander folgende Messwerte drfen um nicht mehr als 1 %voneinander abweichen.ANMERKUNG Gegebenenfall
20、s zeigt das Messgert nicht direkt die Eigenfrequenz f1des Probekrpers an, sondernz. B. die fr 2 Schwingungsperioden bentigte Zeit in s. In diesem Fall erhlt man die Eigenfrequenz f1nach derGleichung (6):21=f in (6)Legende1 Probekrper2 Stoerregung3Taster4 Transversalschwingung5 Knotenflche6AuflagerBi
21、ld 2 Messanordnung zur Bestimmung der Eigenfrequenz eines Probekrperss1DIN 51942:2002-0358 AuswertungFr die Berechnung des dynamischen E-Moduls mssen je nach Probengeometrie die Gleichungen (7) bis(10) verwendet werden:a) Fr prismatische Probekrper gilt Gleichung (7):TftlE =21220,9464Rdyn(7)2242422)
22、1,53680,140(16,3381,000)2,17330,202(18,3400,868)90,81020,075(16,5851Gf7Gf8Gf6Ge7Ge8Ge6+Gf7Gf8Gf6Ge7Ge8Ge6+Gf7Gf8Gf6Ge7Ge8Ge6Gf7Gf8Gf6Ge7Ge8Ge6+=ltltltltT(8)undb) Fr zylindrische Probekrper gilt Gleichung (9):TfdlE =218861,26124Rdyn(9)2242422)1,53680,140(14,7541,000)2,17330,202(14,69130,488)90,81020,
23、075(14,9391Gf7Gf8Gf6Ge7Ge8Ge6+Gf7Gf8Gf6Ge7Ge8Ge6+Gf7Gf8Gf6Ge7Ge8Ge6Gf7Gf8Gf6Ge7Ge8Ge6+=ldldldldT(10)Dabei ist:Edynder dynamische Elastizittsmodul in kN/mm2;ANMERKUNG 1 kN/mm2= 1 GPa Rdie Rohdichte des Probekrpers (wird aus seinem Volumen und seiner Masse berechnet) in g/cm3und auf zwei Kommastellen
24、angegeben;l die Lnge des Probekrpers in mm;d der Durchmesser des zylindrischen Probekrpers in mm;t die Abmessungen des Probekrpers in mm, in der Schwingungsebene der Transversalschwingung;f 1die Eigenschwingungsfrequenz in der Grundschwingung in 1/s;T, T die Korrekturfaktoren; diese hngen vom Verhlt
25、nis d/lG20bzw. t/l und der Poissonschen Zahl ab.(Ist nicht bekannt, so wird der Wert = 0,2 empfohlen.)9 PrfberichtIm Prfbericht sind unter Hinweis auf diese Norm anzugeben:a) Art und Kennzeichnung der Probekrper;b) Anzahl der Probekrper;c) Form und Mae der Probekrper;d) dynamischer E-Modul Edynin kN
26、/mm2auf 0,1 kN/mm2gerundet,Einzelwerte,Mittelwerte;e) von dieser Norm abweichende vereinbarte Bedingungen;f) Prfdatum.Bezglich des Rundens auf die letzte anzugebende Stelle ist DIN 1333 zu bercksichtigen.10 PrzisionEin Ringversuch wird durchgefhrt.DIN 51942:2002-036Anhang A(informativ)Literaturhinwe
27、iseDIN 51915, Prfung von Kohlenstoffmaterialien Bestimmung des dynamischen Elastizittsmoduls nachdem Resonanzverfahren Feststoffe.DIN 51934, Prfung von Kohlenstoffmaterialien Bestimmung der Schallgeschwindigkeit vonFormkrpern Feststoffe.S. Spinner, W. E. Tefft: A Method for Determining Mechanical Re
28、sonance Frequencies and for CalculatingElastic Moduli from these Frequencies, Proc. ASTM Vol. 61, 1961.ASTM C 1259-94, Standard Test Method for Dynamic Youngs Modulus, Shear Modulus, and PoissonsRatio for Advanced Ceramics by Impulse Excitation of Vibration2).ASTM C 747-74, Standard Test Method for
29、Modul of Elasticity and Fundamental Frequencies of Carbonand Graphite Materials by Sonic Resonance2).2) Zu beziehen durch: Auslandsnormenverkauf, Beuth Verlag GmbH, Burggrafenstrae 6, 10787 BerlinDIN 51942:2002-037Anhang B(informativ)Einheitenbetrachtung zum dynamischen E-ModulAus Gleichung (7)TftlER=2120,94624dynfolgt die EinheitenbetrachtungdynE wird angegeben in 2234smmcmmmgAus 2234smmcm1mmgmit 26mkg11unds10s1SN= ergibt sich36cm10mm Ndaraus ergibt sich weiter2mmkN
