DIN 51915-2015 Testing of carbonaceous materials - Determination of dynamic moduls of elasticity by the resonance method - Solid materials《碳素材料试验 谐振法测定动力弹性模数 固体》.pdf

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1、September 2015DEUTSCHE NORM DIN-Normenausschuss Materialprfung (NMP)Preisgruppe 7DIN 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 71.060.10!%Cok“2327672www.din.deDDIN 51915P

2、rfung von Kohlenstoffmaterialien Bestimmung des dynamischen Elastizittsmoduls nach demResonanzverfahren FeststoffeTesting of carbonaceous materials Determination of dynamic moduls of elasticity by the resonance method Solid materialsEssais des matriaux de carbone Dtermination du module dynamique dla

3、sticit par la mthode de rsonance Matires solidesAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinErsatz frDIN 51915:1997-10www.beuth.deGesamtumfang 10 SeitenDIN 51915:2015-09 2 Inhalt Seite Vorwort . 3 1 Anwendungsbereich 4 2 Normative Verweisungen . 4 3 Begriffe 4 4 Kurzbeschreibung 5

4、5 Bezeichnung 5 6 Gert . 6 7 Probekrper . 7 8 Durchfhrung 7 9 Auswertung . 8 10 Prfbericht . 8 11 Przision 9 Literaturhinweise . 10 DIN 51915:2015-09 3 Vorwort Diese Norm wurde vom Arbeitsausschuss NA 062-02-81 AA Prfverfahren fr Kohlenstoff und Graphit“ im DIN-Normenausschuss Materialprfung (NMP) e

5、rarbeitet. 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 Patent-rechte zu identifizieren. nderungen Gegenber DIN 51915:1997-10 wurden folgende nderunge

6、n vorgenommen: a) normative Verweisungen aktualisiert; b) berarbeitung der Begriffe; c) Angabe der Einheit des dynamischen E-Moduls korrigiert; d) Norm redaktionell berarbeitet. Frhere Ausgaben DIN 51915: 1986-04, 1997-10 DIN 51915:2015-09 4 1 Anwendungsbereich Diese Norm legt ein Verfahren zur Best

7、immung des dynamischen Elastizittsmoduls von Probekrpern aus Kohlenstoff- und Graphitmaterialien (Feststoffe) bei Raumtemperatur fest. Der dynamische Elastizittsmodul erlaubt Aussagen ber das elastische Formnderungsverhalten (Steifigkeit) des untersuchten Materials. 2 Normative Verweisungen Die folg

8、enden Dokumente, die in diesem Dokument teilweise 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 (einschlie

9、lich aller nderungen). DIN 862, Geometrische Produktspezifikation (GPS) Messschieber Grenzwerte fr Messabweichungen DIN 863-1, Prfen geometrischer Gren Messschrauben Teil 1: Bgelmessschrauben, Normalausfh-rung Begriffe, Anforderungen, Prfung DIN 1333, Zahlenangaben DIN EN ISO 4259, Minerallerzeugnis

10、se Bestimmung und Anwendung der Werte fr die Przision von Prfverfahren DIN EN ISO 13385-1, Geometrische Produktspezifikation (GPS) Lngenmessgerte Teil 1: Messschieber; Konstruktionsmerkmale und messtechnische Anforderungen 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die folgenden Begriffe. 3

11、.1 statischer E-Modul Estat Quotient aus der Spannung und der Dehnung eines Krpers =tatE (1) 3.2 dynamischer E-Modul EdynE-Modul, welcher dynamisch aus der Schallgeschwindigkeit und der Rohdichte des Probekrpers Rals dynamischer E-Modul Edynermittelt werden kann RdynE =2(2) DIN 51915:2015-09 5 Anmer

12、kung 1 zum Begriff: Der Zusammenhang zwischen Spannung und Dehnung ist bei Kohlenstoff- und Graphitmaterialien nicht linear. Der statische E-Modul, der sich aus der Verbindungslinie (Geraden) zwischen Nullpunkt und erreichtem Spannungs- und Dehnungswert ergibt (Sekantenmodul), ist stets kleiner als

13、der dynamische E-Modul, der sich aus der Tangente im Nullpunkt der Spannungs-Dehnungskurve ableiten lsst (Tangentenmodul). 4 Kurzbeschreibung Der dynamische E-Modul wird nach dem Resonanzverfahren bestimmt. Zu diesem Zweck wird ein stabfrmiger Probekrper konstanten Querschnitts und der Lnge l zu Lng

14、sschwingungen angeregt. Die Anregungsfrequenz wird so lange verndert, bis der Probekrper bei der Frequenz f0der Grundschwingung mit maximaler Amplitude schwingt (Resonanz). Aus der Resonanzfrequenz f0erhlt man die Schallgeschwindigkeit nach Gleichung (3) 02 fl= (3) und daraus den dynamischen E-Modul

15、 RdynflE =2024 (4) 5 Bezeichnung Bezeichnung der Prfung des Resonanzverfahrens zur Bestimmung des dynamischen E-Moduls von Kohlenstoff- und Graphitmaterialien, Feststoffe (A): Prfung DIN 51915 A DIN 51915:2015-09 6 6 Gert Gert (siehe Bild 1), bestehend aus folgenden Teilen: Messsender und Empfnger;

16、Schwingungsgeber; Schwingungsaufnehmer; Auflagevorrichtung fr den Probekrper; Lngenmessgert mit Fehlergrenzen von 0,2 %, z. B. Messschieber nach DIN EN ISO 13385-1 mit Fehlergrenzen nach DIN 862 oder Bgelmessschraube nach DIN 863-1. Legende 1 Schwingungsaufnehmer 2 Probekrper 3 Auflagedrhte 4 Schwin

17、gungsgeber 5 Gegengewicht, verstellbar 6 Auflagevorrichtung Bild 1 Gert fr die Bestimmung des dynamischen E-Moduls nach dem Resonanzverfahren DIN 51915:2015-09 7 7 Probekrper Es sind stabfrmige Probekrper mit konstantem Querschnitt, vorzugsweise mit kreisfrmigem oder rechteckigem Querschnitt zu verw

18、enden. Die Stirnflchen mssen senkrecht zur Lngsachse stehen. Die Lnge muss mindestens das 3fache der grten Querabmessung des Probekrpers betragen. In keiner Richtung darf der Probekrper kleiner als der 2fache Durchmesser des grten Gefgeelements, z. B. grte Korngre des untersuchten Materials, jedoch

19、nicht kleiner als 4 mm sein. Abhngig von der oberen Frequenzgrenze fmaxder verwendeten Apparatur und vom dynamischen E-Modul des zu untersuchenden Materials darf die Probenlnge lminnicht unterschritten werden. Sie errechnet sich nach Gleichung (5). RdynEfl=4.1maxmin(5) ANMERKUNG Bei Probekrpern zu g

20、eringer Lnge kann der dynamische E-Modul auch durch Ultraschall-Laufzeitmessungen bestimmt werden. Aus der Schall-Laufzeit und der Lnge l des Probekrpers ergibt sich die Schallgeschwindigkeit nach Gleichung (6) l= (6) Daraus kann der dynamische E-Modul nach Gleichung (2) wie folgt nach Gleichung (7)

21、 bestimmt werden: RdynlE =22(7) Da Kohlenstoffmaterialien Ultraschall stark streuen, werden zweckmigerweise Frequenzen unterhalb 1 MHz benutzt. 8 Durchfhrung (siehe Bild 1) Um eine mglichst ungestrte Resonanzschwingung zu erzielen, muss der Probekrper entweder auf halber Lnge (Schwingungsknoten der

22、Grundschwingung) oder eine viertel Probenlnge von den Enden entfernt (Schwingungsknoten der ersten Oberschwingung) gelagert werden. Als Unterlage haben sich dnne Drhte oder Schaumstoffstreifen bewhrt. Schwingungsgeber und -aufnehmer werden so eingestellt, dass ihre Tastspitzen die Stirnflchen des Pr

23、obekrpers etwa in der Mitte berhren. Die Anpresskraft der Tastspitzen muss z. B. durch Verstellen eines Gegengewichts so gering gewhlt werden, dass die Schwingung des Probekrpers noch sicher angeregt wird. Die Resonanzfrequenz der Grundschwingung oder der ersten Oberschwingung des Probekrpers findet

24、 man, indem die Frequenz des Messsenders so lange verndert wird, bis der Messempfnger den maximalen Wert anzeigt. Ob die gefundene Resonanzfrequenz tatschlich zur Grundschwingung des Probekrpers gehrt, kann durch Kontrollmessungen bei der halben und der doppelten Frequenz festgestellt werden. DIN 51

25、915:2015-09 8 ANMERKUNG Falls die gesuchte Resonanzfrequenz, z. B. unter ungnstigen Anregungsbedingungen, nicht eindeutig zu erkennen ist, kann der dynamische E-Modul durch Ultraschall-Laufzeitmessungen bestimmt werden (siehe Anmerkung 2 des Abschnittes 7). 9 Auswertung Der dynamische E-Modul1)Edyni

26、n GPawird nach Gleichung (8) errechnet. RdynflE = 20212104 (8) Dabei ist R die Rohdichte des Probekrpers in g/cm3, berechnet aus seinem Volumen und seiner Masse; l die Lnge des Probekrpers, in mm; f0die Resonanzfrequenz der Grundschwingung des Probekrpers, in Hz. Bezglich des Rundens auf die letzte

27、anzugebende Stelle ist DIN 1333 zu beachten. 10 Prfbericht Im Prfbericht sind mindestens anzugeben: a) Verweisung auf diese Norm, d. h. DIN 51915; b) Art und Kennzeichnung der Probekrper; c) Anzahl der Probekrper; d) Form und Mae der Probekrper; e) Dynamischer E-Modul Edynin GPa auf 0,1 GPa: Gerunde

28、t; Einzelwert; Mittelwert; e) von dieser Norm abweichende vereinbarte Bedingungen; f) Prfdatum. 1) 1 GPa = 1 kN/mm2DIN 51915:2015-09 9 11 Przision (nach DIN EN ISO 4259) Zum Beurteilen der Zuverlssigkeit von Ergebnissen werden folgende Merkmale benutzt: 11.1 Wiederholbarkeit (ein Beobachter, ein Ger

29、t) Werden von einem Beobachter zwei Ergebnisse unter Wiederholbedingungen ermittelt, so werden beide Ergebnisse als annehmbar und normgerecht betrachtet, wenn sie sich um nicht mehr als den Zahlenwert nach Tabelle 1 unterscheiden. 11.2 Vergleichbarkeit (verschiedene Beobachter, verschiedene Gerte) W

30、ird in zwei verschiedenen Laboratorien je ein Ergebnis unter Vergleichsbedingungen ermittelt, so werden beide Ergebnisse als annehmbar und normgerecht betrachtet, wenn sie sich um nicht mehr als den Zahlen-wert nach Tabelle 1 unterscheiden. Tabelle 1 Wiederholbarkeit und Vergleichbarkeit Dynamischer E-Modul Wiederholbarkeit Vergleichbarkeit GPa GPa GPa 1 10 0,1 0,2 ber 10 0,2 0,4 DIN 51915:2015-09 10 Literaturhinweise ASTM C 747:1993, Test method for Moduli of Elasticity and Fundamental Frequencies of Carbon and Graphite Materials by Sonic Resonance