DIN 35227-2017 Mechanical joining - Fatigue testing of mechanically joints《机械连接 机械连接的疲劳试验》.pdf

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1、Juli 2017DEUTSCHE NORM Preisgruppe 14DIN 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 19.060!%eFQ“2663546www.din.deDIN 35227Mechanisches Fgen Schwingfestigkeitsprfung von me

2、chanisch gefgten VerbindungenMechanical joining Fatigue testing of mechanically jointsAssemblage mcanique Essai de fatigue des jonctions assembles mcaniquementAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 31 SeitenDDIN-Normenausschuss Schweien und verwandte

3、Verfahren (NAS)DIN 35227:2017-07 2 Inhalt Seite Vorwort 3 Einleitung 4 1 Anwendungsbereich . 5 2 Normative Verweisungen . 5 3 Begriffe 6 4 Symbole und Kurzzeichen 9 5 Proben . 11 5.1 Allgemeines . 11 5.2 Auswahl geeigneter Proben . 12 5.3 Herstellung der Proben . 12 5.3.1 Allgemeines . 12 5.3.2 Blec

4、hwerkstoff 12 5.3.3 Toleranzen . 13 5.3.4 Mechanische Verbindung . 13 5.4 Geometrie der Proben . 13 5.4.1 Allgemeines . 13 5.4.2 Skizzen und Abmessungen von hufig verwendeten Probenformen . 13 6 Anforderungen fr Prfmaschinen . 21 7 Prfverfahren . 22 7.1 Prfbedingungen . 22 7.2 Einspannverfahren fr d

5、ie Proben . 22 7.3 Schwingfestigkeitsprfung 23 7.3.1 Allgemeines . 23 7.3.2 Prffrequenz . 23 7.4 Prfabschluss 23 7.4.1 Allgemeines . 23 7.4.2 Steifigkeitsberechnung 23 7.4.3 Datenerfassung. 24 7.4.4 Versagenskriterium und Schwingspielzahl bis zum Versagen . 24 8 Prfbericht . 25 8.1 Grundlegende Info

6、rmationen . 25 8.2 Die Probendokumentation der Schwingprfergebnisse sollte die folgende Information enthalten . 27 8.3 Die grafische Prsentation von Schwingfestigkeitsprfergebnissen sollte die folgende Information enthalten . 27 8.4 Numerische Beurteilung, Statistik 28 (informativ) Kalibrierungsprob

7、e zur berprfung der Kraftverteilung in H-Proben 29 Anhang A(informativ) Einspannung fr die Schwingfestigkeitsprfung von H-Proben 30 Anhang BLiteraturhinweise . 31 DIN 35227:2017-07 3 Vorwort Diese Norm wurde vom Arbeitsausschuss NA 092-00-23 AA Mechanisches Fgen (DVS V 10.8)“ des DIN-Normenausschuss

8、es Schweien und verwandte Verfahren (NAS) erarbeitet. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patenrechte berhren knnen. DIN ist nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. DIN 35227:2017-07 4 Einleitung Prfungen we

9、rden dazu verwendet, um die Existenz von spezifischen Eigenschaften zu untersuchen und deren qualitative und quantitative Beurteilung zu ermglichen. Schwingfestigkeitsprfungen werden im All-gemeinen dazu verwendet, um das Verhalten von Bauwerken und Bauteilen zu untersuchen, die zyklischen Belastung

10、en ausgesetzt sind. Bei mechanisch verbundenen Bauteilen werden Schwingfestigkeitsprfungen dazu verwendet, um den Einfluss von verschiedenen Parametern, wie die Fgeverfahren, die Fgeparameter, die Art der Verbindungselemente, die Art von fgbaren Werkstoffen, die Werkstoffdicke und Werkstoffkombinati

11、onen, die Art der Last (z. B. Scher-, Schl- oder Kopfzugkraft), berlappung, etc. zu bestimmen. Prfungen an realen Bauteilen dienen den Auslegungsberechnungen und sind fr die Qualifikation von Gesamtkonstruktionen notwendig. DIN 35227:2017-07 5 1 Anwendungsbereich Diese Norm legt die Schwingfestigkei

12、tsprfungen mit folgenden Zielen fest: a) Prfung von Einpunktproben, um Werkstoffe zu bewerten; b) Prfung von Mehrpunktproben, um Bauteile oder die Gesamtkonstruktion zu bewerten; c) Einflussermittlung der Fgeverfahren und deren Ausfhrung auf die Prfergebnisse; d) Einflussermittlung der Art der Belas

13、tung auf die Prfergebnisse; e) Einflussermittlung der Umgebung auf die Prfergebnisse. Diese Norm legt die Proben und Verfahren zur Durchfhrung von Schwingfestigkeitsprfungen mit konstanter Kraftamplitude, fr Proben mit Ein- oder Mehrfachverbindungen, im Fgeteildickenbereich von 0,5 mm bis 5 mm, fest

14、. Abhngig von den verwendeten Proben ist es mglich, aus den Ergebnissen das Schwingfestigkeitsverhalten von Verbindungen bei Scherkraft, Schlkraft, Kopfzugkraft und deren Kombinationen zu bewerten. Die Ergebnisse der Schwingfestigkeitsprfungen, die mit bauteilhnlichen Proben gewonnen werden, sind ge

15、eignet, um Kriterien fr die Auswahl von Werkstoffen und Dickenkombinationen fr Gesamtkonstruktionen und Bauteile abzuleiten, die zyklischer Belastung ausgesetzt sind. Diese Aussage ist besonders fr Ergebnisse relevant, die mit Proben mit Randbedingungen, d. h. einer lokalen Steifigkeit, die der des

16、fraglichen Bauteils/Gesamtkonstruktion gleicht, gewonnen werden. Die Ergebnisse einer Schwingfestigkeitsprfung sind nur dann fr die direkte Anwendung auf die Konstruktion geeignet, wenn die Belastungszustnde im Betrieb und die Steifigkeit der Konstruktion im Fgebereich vergleichbar sind. 2 Normative

17、 Verweisungen Die folgenden Dokumente werden im Text in solcher Weise in Bezug genommen, dass einige Teile davon oder ihr gesamter Inhalt Anforderungen des vorliegenden Dokuments darstellen. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die let

18、zte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN 50100, Schwingfestigkeitsversuch Durchfhrung und Auswertung von zyklischen Versuchen mit konstanter Lastamplitude fr metallische Werkstoffproben und Bauteile DIN EN ISO 7500-1, Metallische Werkstoffe Kalibrierung und

19、berprfung von statischen einachsigen Prfmaschinen Teil 1: Zug- und Druckprfmaschinen Kalibrierung und berprfung der Kraftmesseinrichtung DIN EN ISO 12996, Mechanisches Fgen Zerstrende Prfung von Verbindungen Probenmae und Prfverfahren fr die Scherzugprfung von Einpunktproben DIN ISO 2768-1, Allgemei

20、ntoleranzen Toleranzen fr Lngen- und Winkelmae ohne einzelne Toleranzeintragung DIN ISO 16237, Mechanisches Fgen Quasistatische Kopfzugprfung von mechanisch gefgten Einpunktproben Probenmae und Durchfhrung ISO 12107, Metallic materials Fatigue testing Statistical planning and analysis of data ASTM E

21、468, Standard practice for presentation of constant amplitude fatigue test results for metallic materials DIN 35227:2017-07 6 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die folgenden Begriffe. 3.1 Kraft F Last, die einfach und periodisch zwischen konstanten Hchst- und Mindestwerten variiert

22、 Anmerkung 1 zum Begriff: Siehe Bild 1. ANMERKUNG Siehe Abschnitt 4. Bild 1 Kraft-Zeit-Verlauf im Schwingfestigkeitsversuch (schematisch) 3.2 maximale Kraft Fmaxder hchste algebraische Wert der Kraft Anmerkung 1 zum Begriff: Siehe Bild 1. 3.3 minimale Kraft Fminder niedrigste algebraische Wert der K

23、raft Anmerkung 1 zum Begriff: Siehe Bild 1. 3.4 Kraftschwingbreite F Differenz zwischen maximaler und minimaler Kraft = max min Anmerkung 1 zum Begriff: Siehe Bild 1. 3.5 Kraftamplitude FaHlfte der Kraftschwingbreite DIN 35227:2017-07 7 a= 0,5 Anmerkung 1 zum Begriff: Siehe Bild 1. 3.6 mittlere Kraf

24、t FmMittelwert von maximaler und minimaler Kraft m= 0,5 (max+ min) Anmerkung 1 zum Begriff: Siehe Bild 1. 3.7 Kraftverhltnis R minimale Kraft dividiert durch maximale Kraft =minmax3.8 Grenzschwingspielzahl NGAnzahl der definierten Schwingspiele, bei denen der Versuch abgebrochen wird, ohne dass vorh

25、er Versagen (Versagenskriterium) der Probe eintritt 3.9 Knickschwingspielzahl NKSchwingspielzahl, bei der die Whler-Kurve im doppelt logarithmischen Netz einen Knick in Richtung Horizontale macht Anmerkung 1 zum Begriff: Dies entspricht der Schwingspielzahl vom bergang aus dem Zeitfestigkeitsbereich

26、 in den Dauerfestigkeitsbereich 3.10 Dauerfestigkeit FmaxD, (FaD, FD,) Hchste maximale Kraft (Kraftamplitude oder Kraftschwingbreite), mit der Proben ohne Versagen unendlich oft, jedoch mindestens fter als die als Grenzschwingspielzahl vereinbarten Schwingspiele belastet werden knnen 3.11 Zeitfestig

27、keit FmaxZ, (FaZ, FZ,) Kraft bei einer definierten Schwingspielzahl, unterhalb der Grenzschwingspielzahl, bei der Versagen der Probe eintritt 3.12 Whlerkurve F-N-Kurve, dargestellt mit der Kraftamplitude (oder Kraftschwingbreite oder maximale Kraft) als Ordinate und der Schwingspielzahl als Abszisse

28、 Anmerkung 1 zum Begriff: blicherweise werden beide Achsen logarithmisch eingeteilt, dadurch soll sich im Zeit-festigkeitsbereich eine nach unten geneigte Gerade und im Dauerfestigkeitsbereich eine horizontale Line ergeben. DIN 35227:2017-07 8 3.13 Zeitfestigkeitsbereich Schwingspielbereich der Whle

29、r-Kurve, wo es unter vorgegebenen Krften zum Versagen von Proben kommt (links von der Knickschwingspielzahl) 3.14 Dauerfestigkeitsbereich Schwingspielbereich der Whler-Kurve, wo es unter vorgegebenen Krften nicht zum Versagen von Proben kommt (rechts von der Knickschwingspielzahl) 3.15 Dauerfestigke

30、it mit Wahrscheinlichkeit FmaxD,50Kraft (Bereich, Amplitude oder Maximalwert), bei der eine Probe eine unendliche Anzahl von Schwing-spielen mit der Wahrscheinlichkeit p bestehen kann Anmerkung 1 zum Begriff: Die gewhlte Wahrscheinlichkeit ist blicherweise 50 %. 3.16 Zeitfestigkeit mit Wahrscheinlic

31、hkeit FmaxZ,50Kraft (Bereich, Amplitude oder Maximalwert), bei der eine Probe eine vorgegebene Anzahl von Schwing-spielen mit der Wahrscheinlichkeit p ohne zu versagen bestehen kann Anmerkung 1 zum Begriff: Die gewhlte Wahrscheinlichkeit ist blicherweise 50 %. 3.17 Verlngerung L nderung in der Lnge

32、einer Probe durch die Aufbringung einer Last 3.18 Steifigkeit c Kraftschwingbreite F, geteilt durch die entsprechende Verlngerung L, d. h. =maxmin3.19 Ausgangssteifigkeit c0Steifigkeit zu Beginn der Prfung, d. h. 0=maxmin0DIN 35227:2017-07 9 4 Symbole und Kurzzeichen a berlappung b Breite des Proben

33、blechs biinnere Breite der Probe bsBreite der Seitenplatte c Steifigkeit c0Ausgangssteifigkeit e Abstand der Fgepunkte F Kraft FaKraftamplitude Fmmittlere Kraft Fmaxmaximale Kraft Fminminimale Kraft FmaxDDauerfestigkeit hsHhe der Seitenplatte oder des Seitenelementes hLHhe des L-Elementes hUHhe des

34、U-Elementes hiProbenhhe laAbstand zwischen Einspannung und berlappung lcLnge des eingespannten Bereiches leRandabstand lfLnge der Proben zwischen den Einspannungen lSGesamtlnge der Proben ltLnge des Probenblechs lwAbstand von der Wand L Verschiebung Lmaxmaximale Verschiebung Lminminimale Verschiebun

35、g N Schwingspielzahl DIN 35227:2017-07 10 NB Schwingspielzahl bis vollstndiger Bruch der Probe NGGrenzschwingspielzahl NKKnickschwingspielzahl NR Schwingspielzahl bis zur definierten Rate des Steifigkeitsabfalls Nr Schwingspielzahl bis zum definierten relativen Steifigkeitsabfall p Wahrscheinlichkei

36、t r1Biegeradius fr Blechdicke t1r2Biegeradius fr Blechdicke t2R Kraftverhltnis t Zeit t1; t2Blechdicken F Kraftschwingbreite L Verlngerung (Lmax Lmin) L0Ausgangsverlngerung DIN 35227:2017-07 11 5 Proben 5.1 Allgemeines Die Proben sind so gestaltet, dass sie drei Grundarten und die Kombination von Sc

37、herkraft, Schlkraft und Kopfzugkraft, fr Verbindungen in Dnnwand-Konstruktionen simulieren. Die drei Grundarten der Belas-tung fr mechanisch gefgte Verbindungen sind in Bild 2 dargestellt. a) Scherkraft b) Schlkraft c) Kopfzugkraft ANMERKUNG 1 Siehe Abschnitt 4. Bild 2 Die drei Grundarten der Belast

38、ung fr mechanisch gefgte Verbindungen Fr die Schwingfestigkeitsprfung mechanisch gefgter Verbindungen werden folgende Proben verwendet: a) Scherzugprobe: 1) flache Probe mit Einfachverbindung (DIN EN ISO 12996); 2) Probe mit Einfachverbindung (KS-2 Probe); 3) flache Probe mit Mehrfachverbindungen; 4

39、) bauteilhnliche Probe mit Mehrfachverbindungen (H-Probe); b) Schlzugprobe: 1) Probe mit Einfachverbindung (KS-2 Schlzugprobe); 2) flache Probe mit Mehrfachverbindungen; 3) bauteilhnliche Probe mit Mehrfachverbindungen (H-Probe); c) Kopfzugprobe: 1) Probe mit Einfachverbindung (DIN ISO 16237); 2) Pr

40、obe mit Einfachverbindung (KS-2 Probe); DIN 35227:2017-07 12 d) Kraftkombinationen: 1) Probe mit Einfachverbindung (Kombination von Scher- und Kopfzugkraft; KS-2 Probe); 2) Probe mit Mehrfachverbindungen mit einfachem und zweifachem Hut (Kombination von Scher-, Schl- und Kopfzugkraft). ANMERKUNG 2 D

41、ie Proben sind so gestaltet, dass sie die Verwendung von verschiedenen Fgeverfahren, z. B. Schweien, mechanisches Fgen und Kleben sowie Kombinationen dieser Verfahren, zulassen und somit einen Ver-gleich der Tragfhigkeit der verschiedenen Fgeverfahren erlauben. 5.2 Auswahl geeigneter Proben Die Ausw

42、ahl von geeigneten Proben fr die Schwingfestigkeitsprfung hngt von der geplanten Verwendung der Prfergebnisse, den verwendeten Werkstoffen und dem geplanten Fgeverfahren ab. Eine Grund-anforderung an die Proben ist, dass sie erlauben, die relevante Art der Belastung und das Kraftverhltnis zu simulie

43、ren. Werden die Ergebnisse fr Auslegungszwecke verwendet, dann ist es wichtig, Proben einzu-setzen, mit denen die gleiche Art der Kraftverteilung realisiert werden kann. Des Weiteren sollte die Stei-figkeit der Proben im Fgebereich der des betrachteten Bauteils gleichen. Bei der Auswahl der Proben s

44、ollte folgendes bercksichtigt werden: die Simulation der Art der Belastung und des Krfteverhltnisses im betrachteten Bauteil; die Simulation der Auslegungsparameter, wie beispielsweise Steifigkeit, Teilung, Rand- und Flanschabstand; die Simulation der Beanspruchungsverteilung im Bauteil/Gesamtkonstr

45、uktion; der erforderliche Aufwand fr die Herstellung und Prfung; die erforderliche Anzahl der Proben, um statistisch signifikante Ergebnisse zu erzielen. Je grer die Anzahl der Fgepunkte in einer einzelnen Probe, bei gleichmiger Belastung, desto kleiner ist die Streuung. 5.3 Herstellung der Proben 5

46、.3.1 Allgemeines Die Probenbleche sollten, wenn mglich, aus demselben Materiallos entnommen werden. Die Entnah-merichtung in Bezug zur Walzrichtung muss fr alle Proben identisch sein. Unbeabsichtigte Verformung der Probenbleche, sowie Oberflchenbeschdigungen sind zu vermeiden. Die Proben knnen fr di

47、e verschiedenen Fgeverfahren so modifiziert werden, dass die Verbindungen unter optimalen Randbedingungen funktionieren. Jede Modifikation muss im Prfbericht protokolliert werden. 5.3.2 Blechwerkstoff Die verwendeten Probenbleche drfen weder zu stark gebogen (Coilkrmmung), verdreht oder verkratzt se

48、in. Liegen die Proben schergeschnitten oder gestanzt vor, muss sichergestellt sein, dass die kaltver-festigten Stanzkanten keinen Einfluss auf das Prfergebnis haben. DIN 35227:2017-07 13 5.3.3 Toleranzen Es sind die Toleranzen nach DIN ISO 2768-1 anzuwenden. Fr H-, KS-2 und Hutproben betrgt der Flan

49、schwinkel (90 0,5). 5.3.4 Mechanische Verbindung Um die genaue Ausrichtung der Probenbleche und Anordnung der Verbindungen sicherzustellen, mssen geeignete Montagehalterungen verwendet werden. Die Verbindungsreihenfolge muss fr alle Proben von der Mitte der Probe zu deren Rndern erfolgen, siehe Bild 3.