DIN 50100-2016 Load controlled fatigue testing - Execution and evaluation of cyclic tests at constant load amplitudes on metallic specimens and components《载荷控制疲劳试验 金属样品和组件恒定载荷振幅循环试.pdf

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1、Dezember 2016DEUTSCHE NORM Preisgruppe 31DIN 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; 77.040.10!%+O“2580844www.din.deDIN 50100Schwingfestigkeitsversuch Durchfhru

2、ng und Auswertung von zyklischen Versuchen mit konstanter Lastamplitude fr metallische Werkstoffproben und BauteileLoad controlled fatigue testing Execution and evaluation of cyclic tests at constant load amplitudes on metallic specimens and componentsEssai de fatigue Ralisation et valuation des ess

3、ais cycliques avec une amplitude de charge constante pour des chantillons de matriaux et de composants mtalliquesAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinErsatz frDIN 50100:1978-02www.beuth.deGesamtumfang 111 SeitenDDIN-Normenausschuss Materialprfung (NMP)DIN 50100:2016-12 2 Inh

4、alt Seite Vorwort . 4 Einleitung . 5 1 Anwendungsbereich . 5 2 Normative Verweisungen 5 3 Symbole und Abkrzungen. 5 4 Whlerlinie 11 5 Lastgren . 17 6 Probenform und Probenfertigung 20 7 Prftechnik 21 8 Versuchsdurchfhrung . 22 8.1 Allgemeines . 22 8.2 Zeitfestigkeit . 22 8.2.1 Allgemeines . 22 8.2.2

5、 Perlenschnurverfahren 26 8.2.3 Horizontenverfahren . 33 8.3 Langzeitfestigkeit 41 8.3.1 Allgemeines . 41 8.3.2 Treppenstufenverfahren 45 9 Versuchsauswertung . 50 9.1 Allgemeines . 50 9.2 Zeitfestigkeit . 51 9.2.1 Allgemeines . 51 9.2.2 Perlenschnurverfahren 51 9.2.3 Horizontenverfahren . 54 9.3 Au

6、swertung Langzeitfestigkeit 56 9.3.1 Allgemeines . 56 9.3.2 Auswertung Treppenstufenverfahren 56 9.4 Knick-Schwingspielzahl und Verlauf der Whlerlinie im Langzeitfestigkeitsbereich 59 9.5 Whlerlinie fr eine von 50 % abweichende Ausfallwahrscheinlichkeit 60 10 Dokumentation 61 10.1 Allgemeines . 61 1

7、0.2 Werkstoff 61 10.3 Versuchskrper (Werkstoffprobe oder Bauteil) . 61 10.4 Versuchsaufbau . 62 10.5 Versuchsdurchfhrung . 62 10.6 Versuchsauswertung . 63 10.7 Whler-Diagramm 63 (normativ) Perlenschnurverfahren: Bestimmung des erforderlichen Anhang AStichprobenumfangs 64 A.1 Perlenschnurverfahren: E

8、rforderliche Anzahl von Proben zur Abschtzung der mittleren Schwingspielzahl . 64 DIN 50100:2016-12 3 A.2 Perlenschnurverfahren: Erforderliche Anzahl von Proben zur Abschtzung der Neigung der Zeitfestigkeitsgeraden . 69 (normativ) Horizontenverfahren: Bestimmung des erforderlichen Anhang BStichprobe

9、numfangs 74 B.1 Horizontenverfahren: Erforderliche Anzahl von Proben der gesamten Versuchsreihe zur Abschtzung der mittleren Schwingspielzahl . 74 B.2 Horizontenverfahren: Erforderliche Anzahl von Proben der gesamten Versuchsreihe zur Abschtzung der Neigung der Zeitfestigkeitsgeraden . 80 (informati

10、v) Typische Standardabweichungen im Zeitfestigkeitsbereich 85 Anhang C(informativ) Beispiele Versuchsprotokolle 86 Anhang DD.1 Protokoll Versuchsreihe Zeitfestigkeit . 87 D.2 Protokoll Versuchsreihe Langzeitfestigkeit 88 (normativ) Beispiele fr Versuchsauswertungen . 89 Anhang EE.1 Beispiel: Auswert

11、ung Zeitfestigkeitsgerade Perlenschnurverfahren . 89 E.1.1 Versuchsergebnisse 89 E.1.2 Lage und Neigung der Zeitfestigkeitsgeraden 90 E.1.3 Zeitfestigkeitsgerade fr eine Ausfallwahrscheinlichkeit von 50 % . 91 E.1.4 Standardabweichung der Versuchsergebnisse 91 E.1.5 Zeitfestigkeitsgerade fr eine Aus

12、fallwahrscheinlichkeit von 10 % . 93 E.1.6 Zeitfestigkeitsgerade fr eine Ausfallwahrscheinlichkeit von 90 % . 93 E.1.7 Grafische Darstellung der Zeitfestigkeitsgeraden 94 E.2 Beispiel: Auswertung Zeitfestigkeitsgerade Horizontenverfahren 95 E.2.1 Versuchsergebnisse 95 E.2.2 Mittelwert und Standardab

13、weichung Lasthorizont 1 95 E.2.3 Mittelwert und Standardabweichung Lasthorizont 2 96 E.2.4 Zeitfestigkeitsgerade fr eine Ausfallwahrscheinlichkeit von 50 % . 97 E.2.5 Whlerlinie fr eine Ausfallwahrscheinlichkeit von 10 % 98 E.2.6 Zeitfestigkeitsgerade fr eine Ausfallwahrscheinlichkeit von 90 % . 98

14、E.2.7 Grafische Darstellung der Zeitfestigkeitsgerade . 99 E.3 Beispiel: Auswertung Langzeitfestigkeit Treppenstufenverfahren 100 E.4 Beispiel: Ermittlung der Knick-Schwingspielzahl und Verlauf der Whlerlinien bis zur Grenzschwingspielzahl . 102 E.4.1 Perlenschnurverfahren 102 E.4.2 Horizontenverfah

15、ren 104 E.5 Beispiel: Grafische Darstellung der Whlerlinie 106 E.5.1 Perlenschnurverfahren 106 E.5.2 Horizontenverfahren 108 Literaturhinweise 110 DIN 50100:2016-12 4 Vorwort Diese Norm wurde vom Arbeitsausschuss NA 062-01-45 AA Ermdungsprfung“ im DIN-Normenausschuss Materialprfung (NMP) erarbeitet.

16、 Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. Das DIN und/oder die DKE sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. nderungen Gegenber DIN 50100:1978-02 wurden folgende nderungen vorgenomm

17、en: a) der Inhalt von DIN 50100 wurde grundlegend und umfassend berarbeitet und an den aktuellen Stand der Technik angepasst; b) zur experimentellen Ermittlung der Zeitfestigkeitsgerade werden Versuchsdurchfhrung und -auswertung fr das Perlenschnur- und das Horizontenverfahren beschrieben; c) fr den

18、 Bereich der Langzeitfestigkeit werden Versuchsdurchfhrung und -auswertung fr das Treppenstufenverfahren definiert; d) fr die genannten Verfahren wird der notwendige Stichprobenumfang in Abhngigkeit von der geforderten Treffsicherheit angegeben; e) die Inhalte fr die Dokumentation einer Versuchsreih

19、e wurden ergnzt; f) umfassende Anwendungsbeispiele wurden aufgenommen. Frhere Ausgaben DIN 50100: 1942-07, 1953-01, 1978-02 DIN 50100:2016-12 5 Einleitung Der Whlerversuch ist nach August Whler benannt. August Whler (18191914) war unter anderem Leiter der Central-Werkstatt der Niederschlesisch-Mrkis

20、chen Eisenbahn zu Frankfurt a. d. Oder. Er entwickelte Maschinen zur Prfung von Bauteilen fr verschiedene Belastungsarten sowie Methoden zur Messung von Betriebsverformungen. Whler erkannte anhand seiner Versuchsergebnisse das Phnomen, dass unter zyklischer Belastung die Werkstofffestigkeit deutlich

21、 niedriger ist als die Zugfestigkeit und dachte bereits an eine zeitfeste Bemessung von Bauteilen. 1 Anwendungsbereich Diese Norm legt Anforderungen an den Schwingfestigkeitsversuch fest, der zur Ermittlung von Kennwerten dient, die das Verhalten metallischer Werkstoffe und Bauteile bei zyklischer B

22、eanspruchung mit einer konstanten Amplitude beschreiben (Whlerversuch). Diese Norm umfasst die Versuchsdurchfhrung, die Versuchsauswertung sowie die Dokumentation von lastgeregelten Versuchen im Zeit- und Langzeitfestigkeitsbereich zwischen 104und 107Schwingspielen. Die Extrapolation von Whlerlinien

23、 ber den experimentell belegten Bereich hinaus, insbesondere fr Whlerlinien vom Typ III (siehe auch Abschnitt 4), ist nicht Bestandteil dieser Norm. In dieser Norm wird eine Whlerlinie mit 50 % Ausfallwahrscheinlichkeit angegeben sowie Whlerlinien innerhalb einer Ausfallwahrscheinlichkeit von 10 % u

24、nd 90 %. In dieser Norm wird ausschlielich die logarithmische Normalverteilung zur Auswertung der Versuchsergebnisse eingesetzt. Dehnungs- oder schiebungskontrollierte Versuche (LCF) werden von dieser Norm nicht erfasst. 2 Normative Verweisungen Die folgenden Dokumente, die in diesem Dokument teilwe

25、ise oder als Ganzes zitiert werden, sind fr die Anwendung dieses 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). DIN EN ISO 7500-1, Meta

26、llische Werkstoffe Kalibrierung und berprfung von statischen einachsigen Prfmaschinen Teil 1: Zug- und Druckprfmaschinen Kalibrierung und berprfung der Kraftmesseinrichtung ISO 4965-1, Metallic materials Dynamic force calibration for uniaxial fatigue testing Part 1: Testing systems ISO 4965-2, Metal

27、lic materials Dynamic force calibration for uniaxial fatigue testing Part 2: Dynamic calibration device (DCD) instrumentation ISO 23788, Metallic materials Verification of the alignment of fatigue testing machines 3 Symbole und Abkrzungen Die in der Norm verwendeten Formelzeichen und Abkrzungen werd

28、en in Tabelle 1 erlutert. DIN 50100:2016-12 6 Tabelle 1 Formelzeichen, Abkrzungen und ihre Bedeutung Formelzeichen Bedeutung A Flche des Prfquerschnitts einer Probe ATSumme aller i fiim Treppenstufenverfahren a0Regressionskonstante Zeitfestigkeitsgerade Perlenschnurverfahren a1Regressionskoeffizient

29、 Zeitfestigkeitsgerade Perlenschnurverfahren BTSumme aller i2 fiim Treppenstufenverfahren b Breite des Prfquerschnitts einer Flachprobe C Konstante zur Beschreibung der Lage der Zeitfestigkeitsgerade, Basquin-Gleichung, Schwingspielzahl N fr La= 1 DTVarianz zur Abschtzung der Standardabweichung im T

30、reppenstufenverfahren d Durchmesser des Prfquerschnitts einer Rundprobe, Dicke des Prfquerschnitts einer Flachprobe dlogStufensprung Treppenstufenverfahren, logarithmisch F Kraft, allgemein FaKraftamplitude FmMittelwert Kraft FoOberer zulssiger Fehler zur Wahl der Probenanzahl, 90 % der Ergebnisse s

31、ind unterhalb von Fozu erwarten FT Summe aller fiim Treppenstufenverfahren FuUnterer zulssiger Fehler zur Wahl der Probenanzahl, 90 % der Ergebnisse sind oberhalb von Fuzu erwarten f Prffrequenz fiAnzahl der Ereignisse (Brche und Durchlufer) auf einer Laststufe i im Treppen-stufenverfahren i Ordnung

32、sziffer zur fortlaufenden Nummerierung von Proben oder Lasthorizonten KtFormzahl k Neigung der Zeitfestigkeitsgerade k2Neigung Whlerlinie im Bereich der Langzeitfestigkeit, Whlerlinie Typ II k3Neigung Whlerlinie im Bereich der Langzeitfestigkeit, Whlerlinie Typ III kGGNeigung der Zeitfestigkeitsgera

33、de fr die Grundgesamtheit kSP,iNeigung der Zeitfestigkeitsgerade fr die Stichprobe i (kSP)10%Neigung der Zeitfestigkeitsgerade einer groen Anzahl von Stichproben mit einer Auftretenswahrscheinlichkeit von 10 % DIN 50100:2016-12 7 Formelzeichen Bedeutung (kSP)90%Neigung der Zeitfestigkeitsgerade eine

34、r groen Anzahl von Stichproben mit einer Auftretenswahrscheinlichkeit von 90 % L Lastgre, allgemeine Beanspruchungsgre L0Niedrigster, auswertbarer Lasthorizont im Treppenstufenverfahren LaLastamplitude: Amplitude einer Lastgre, z. B. Kraft, Spannung, Weg La1oberer Lasthorizont (Amplitude) La2unterer

35、 Lasthorizont (Amplitude) La,fiktivLastamplitude Perlenschnurverfahren fr gemeinsamen, fiktiven Horizont La,iLastamplitude von Versuch i im Perlenschnurverfahren LaL,5106Langzeitfestigkeit fr Grenzschwingspielzahl 5 000 000 (= LaL,5E6) LaL,107Langzeitfestigkeit fr Grenzschwingspielzahl 10 000 000 (=

36、 LaL,1E7) LaL,NGLangzeitfestigkeit fr Grenzschwingspielzahl NGLaL,NG,PALangzeitfestigkeit fr Grenzschwingspielzahl mit Wahrscheinlichkeit PALaL,NG,GGMittelwert der Langzeitfestigkeit fr Grenzschwingspielzahl, Grundgesamtheit, Auftretenswahrscheinlichkeit PA= 50 % LaL,NG,GG,10 % Langzeitfestigkeit de

37、r Grundgesamtheit mit einer Auftretenswahrscheinlichkeit PA= 10 % LaL,NG,GG,90%Langzeitfestigkeit der Grundgesamtheit mit einer Auftretenswahrscheinlichkeit PA= 90 % LaL,NG,SP,iMittelwert der Langzeitfestigkeit fr Grenzschwingspielzahl, Stichprobe i, Auftretenswahrscheinlichkeit PA= 50 % (LaL,NG,SP)

38、10%Mittelwert der Langzeitfestigkeit einer groen Anzahl von Stichproben mit einer Auftretenswahrscheinlichkeit PA= 10 % LaL,NG,SP,10%Langzeitfestigkeit aus einer Stichprobe mit einer Auftretenswahrscheinlichkeit PA= 10 % (LaL,NG,SP)50%Mittelwert der Langzeitfestigkeit einer groen Anzahl von Stichpro

39、ben mit einer Auftretenswahrscheinlichkeit PA= 50 % (LaL,NG,SP)90%Mittelwert der Langzeitfestigkeit einer groen Anzahl von Stichproben mit einer Auftretenswahrscheinlichkeit PA= 90 % LaL,NG,SP,90%Langzeitfestigkeit aus einer Stichprobe mit einer Auftretenswahrscheinlichkeit PA= 90 % LaL,NKLastamplit

40、ude am Knickpunkt der Whlerlinie zwischen Zeit- und Langzeitfestigkeit LBBruchlast bei quasistatischer Last LiLaststufe i im Treppenstufenverfahren LmMittelwert der Last DIN 50100:2016-12 8 Formelzeichen Bedeutung LmaxOberwert der Last LminUnterwert der Last MbBiegemoment, Lastgre MtTorsionsmoment,

41、Lastgre N Schwingspielzahl n Anzahl der auswertbaren Proben (Versuche) einer Versuchsreihe, Stichprobenumfang N10%Schwingspielzahl fr Ausfallwahrscheinlichkeit PA= 10 % N10%,La,iSchwingspielzahl Ausfallwahrscheinlichkeit PA= 10 %, Lasthorizont La,iim Horizontenverfahren N10%,GGSchwingspielzahl fr Au

42、sfallwahrscheinlichkeit PA= 10 %, Grundgesamtheit N10%,SPSchwingspielzahl fr Ausfallwahrscheinlichkeit PA= 10 %, Stichprobe N50%Mittelwert der Schwingspielzahl N50%,1Mittelwert der Schwingspielzahl, hchster belegter Lasthorizont im Perlenschnurverfahren N50%,2Mittelwert der Schwingspielzahl, niedrig

43、ster belegter Lasthorizont im Perlenschnurverfahren N50%,fiktivMittelwert der Schwingspielzahl auf fiktivem Horizont im Perlenschnurverfahren N50%,GGMittelwert der Schwingspielzahl der Grundgesamtheit N50%,La1Mittelwert der Schwingspielzahl einer Stichprobe auf dem Lasthorizont La1, Horizontverfahre

44、n N50%,La2Mittelwert der Schwingspielzahl einer Stichprobe auf dem Lasthorizont La2, Horizontverfahren N50%,La,iMittelwert der Schwingspielzahl einer Stichprobe auf dem Lasthorizont La,i, Horizontverfahren N50%,SP,iMittelwert der Schwingspielzahl der Stichprobe i (N50%,SP)10%Mittelwert der Schwingsp

45、ielzahl einer groen Anzahl von Stichproben mit einer Auftretenswahrscheinlichkeit PA= 10 % (N50%,SP)90%Mittelwert der Schwingspielzahl einer groen Anzahl von Stichproben mit einer Auftretenswahrscheinlichkeit PA= 90 % N90%Schwingspielzahl fr Ausfallwahrscheinlichkeit PA= 90 % N90%,La,iSchwingspielza

46、hl fr Ausfallwahrscheinlichkeit PA= 90 %, Lasthorizont La,iim Horizontenverfahren N90%,GGSchwingspielzahl fr Ausfallwahrscheinlichkeit PA= 90 %, Grundgesamtheit N90%,SPSchwingspielzahl fr Ausfallwahrscheinlichkeit PA= 90 %, Stichprobe NASchwingspielzahl bis zum Erreichen eines Ausfallkriteriums (z.

47、B. Anriss) DIN 50100:2016-12 9 Formelzeichen Bedeutung NBSchwingspielzahl bis zum Erreichen des Ausfallkriteriums Bruch“ NGGrenzschwingspielzahl (Schwingspielzahl bei der ein Versuch als Durchlufer gewertet wird) NiSchwingspielzahl in Versuch i Ni,fiktivSchwingspielzahl von Versuch i nach Verschiebe

48、n auf fiktiven Horizont im Perlenschnurverfahren NKKnick-Schwingspielzahl (Knickpunkt der Whlerlinie zwischen Zeit- und Langzeitfestigkeit) NK,PAKnick-Schwingspielzahl einer Whlerlinie mit der Ausfallwahrscheinlichkeit PANPASchwingspielzahl fr Ausfallwahrscheinlichkeit PANstartAnzahl Schwingspiele w

49、hrend der Anlaufphase der Prfmaschine PAAusfallwahrscheinlichkeit, Auftretenswahrscheinlichkeit PA,La,iAusfallwahrscheinlichkeit auf Lasthorizont i RaArithmetischer Mittenrauwert der Probenoberflche RLLastverhltnis fr Beanspruchungsgre RmZugfestigkeit Rp0,2Dehngrenze 0,2 % RzRautiefe der Probenoberflche r Radius Kerbe SaNennspannungsamplitude, Lastgre SmNenn-Mittelspannung, Lastgre SbNennspannung Biegung,