DIN 53535-1982 Testing of rubber general requirements for dynamic testing《橡胶的检验 动态检验的一般要求》.pdf

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1、DIN1 DIN 53535 82 2794442 0088904 593 K 678.074:620.178.3/.7: 620.1.05/.08: 001.4 DEUTSCHE NORM Mrz 1982 c c c m 3 c m a ._ - L 01 o C i 8 L - t c :a C o a c vi c O - L z 8 5 U o 0 E 9: C 6 + E C o c f 2 N Y 2 c i 3 9 i z DIN 53 535 Prfung von Kautschuk und Elastomeren - Grundlagen fr dynamische Prf

2、verfahren Testing of rubber; general requirements for dynamic testing Essais des caoutchoucs; donnes gnrales pour les essais dynamiques Zusammenhang mit der von der International Organization for Standardization (KO) herausgegebenen Internationalen Norm IS0 2856-75, siehe Erluterungen. 1 Zweck und A

3、nwendungsbereich Die vorliegende Norm gibt Definitionen und schreibt die Bedingungen und allgemeinen Anforderungen an Probe- krper, Prfgerte und Prfverfahren vor, die zur Bestim- mung viskoelastischer Kenngren von Elastomeren unter Verwendung periodischer Krfte oder Verformungen von bestimmter Form,

4、 Frequenz und Amplitude, einschlielich Schlagkrften oder -Verformungen, dienen. Die dynamischen Prfverfahren werden eingesetzt zur Charakterisierung des Verformungsverhaltens von Elasto- meren unter Bedingungen, bei denen sich sowohl die Span- nung als auch die Verformung mit der Zeit ndert. Die Nor

5、m gilt in erster Linie fr die Prfung von Probekr- pern, die im Labor hergestellt sind; doch gelten die gleichen Prinzipien auch fr die Prfungen an Fertigteilen. Eine genaue Beschreibung des einzelnen dynamischen Prfverfahrens erfolgt in gesonderten Normen; siehe DIN 53512, DIN 53513 und DIN 53520. 2

6、 Begriffe und Beziehungen zur Charakterisierung der dynamischen Eigenschaften Einige der folgenden Begriffe und Beziehungen setzen einen linearen Zusammenhang zwischen der Spannung und der durch sie hervorgerufenen Verformung voraus, wobei man den Quotienten zwischen Spannung undverfor- mung als Mod

7、ul bezeichnet. Dies gilt fr Elastomere nhe- rungsweise fr kleine Amplituden. Bei viskoelastischem Verhalten kann die Verformung wegen innerer Energiever- luste hinter der Spannung zurckbleiben. Es wird empfohlen, nicht den Begriff ,Modul“ allein zu ver- wenden, sondern ihn nach der Art der Beanspruc

8、hung nher zu bezeichnen, wie z. B. ,Schubmodul“ fr die Scher- beanspruchung oder ,Dehnmodul“ fr die Dehn- und Druckbeanspruchung, vergleiche Bild 1 und Bild 2. Bei der Druckverformung oder auch ,negativen Dehnung“, ver- gleiche Abschnitt 2.1.5, wird der Dehnmodul auch als ,Druckmodul“ bezeichnet. De

9、r ,Kompressionsmodul“ von Elastomeren ist um meh- rere Zehnerpotenzen grer als die hier behandelten Moduln; er findet in der vorliegenden Norm keine Berck- sichtigung. Schub- und Dehnmodul sind unter bestimmten Voraussetzungen Materialeigenschaften des Elastomers und unabhngig von Gre und Form des P

10、robekrpers. Dagegen ist die Federsteife von der Geometrie (Form und Gre) abhngig; sie wird blicherweise bei Fertigteilen verwendet. Die Begriffe werden im folgenden fr die Scherbeanspru- chung (siehe Bild 1) definiert, sind aber in analoger Weise auf den Fall der Dehn- und Druckbeanspruchung (siehe

11、Bild 2) anzuwenden. 2.1 Begriffe und Beziehungen bei 2.1.1 Mechanische Hystereseschleife Geschlossene Spannungs-Verformungs-Kurve, die wh- rend einer Verformungsperiode entsteht, wenn Spannung und Verformung wegen des viskoelastischen Verhaltens nicht in Phase sind (siehe Bild 3 bis Bild 5). 2.1.2 S

12、pezifische Verlustenergie Win J/m3 Energie durch Volumen, die je Verformungsperiode in Wrme umgewandelt wird. Sie entspricht der Flche der Hystereseschleife. 2.1.3 Spezifische Verlustleistung N in W/m3 Mechanische Leistung durch Volumen, die in Wrmelei- stung umgewandelt wird. Sie ist das Produkt au

13、s spezifi- scher Verlustenergie Wund Frequenz f. Es gilt: beliebigen periodischen Verformungen N= W.f (1) 2.1.4 Mittelspannung T, bzw. u, in Pa Mittelwert der Kraft F whrend einer Periode geteilt durch die Querschnittsflche Ao des unbeanspruchten Probekr- pers. Es gilt: T, = F,/Ao bzw. U, = F,/Ao (s

14、iehe Bild 1 bis Bild 5). 2.1.5 Mittelverformung y, bzw. E, (dimensionslos) Mittelwert der Verformung y bzw. E whrend einer Periode (siehe Bild 1 bis Bild 5). Bei der Scherung ist die Verformung gleich dem Tangens des Scherwinkels p (siehe Bild 1): Bei der Dehnung ist die Verformung definiert als Quo

15、tient aus Lngennderung und Probenlnge Lo des unbean- spruchten Probekrpers. Es gilt E = (L - Lo)/Lo, wenn L gleich der Lnge des verformten Probekrpers ist (siehe Bild 2). y=tanp=s/Lo (3) Fortsetzung Seite 2 bis 10 Normenausschu Materialprfung (NMP) im DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. Normenaus

16、schu Kautschuktechnik (FAKAU) im DIN Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, Berlin 30 03.82 DIN 53 535 Mrz 1982 Preisgr. 8 Vertr.-Nr. 0008 DIN1 DIN 53535 82 M 2794442 0088705 92T Seite 2 DIN 53535 Ist die Dehnung positiv, so wird der Probekrperverlngert, ist sie negativ, wird er verkrzt.

17、Unter Druck bezeichnet man die resultierende negative Dehnung auch als Stauchung oder Druckverformung. Anmerkung: Es kann von Vorteil sein, die Dehnung durch das Dehnungsverhaltnis 1 = L/Lo zu charakterisie- ren; es gilt 1 = 1 + e. 2.1.6 Statischer Schubmodul Gstat bzw. statischer Dehnmodul Estat in

18、 Pa Verhltnis von Mittelspannung zur Mittelverformung: Gstat = tm/ym bzw. Estat = u,/c, (4) Bei nichtlinearer Spannungsverformungs-Kurve ist der sta- tische Schubmodul bzw. Dehnmodul abhngig von der Gre der Mittelverformung bzw. Mittelspannung. 2.1.7 Spannungsamplitude ta bzw. u, in Pa Verhltnis der

19、 Kraftamplitude Fa (d. h. der halben Differenz zwischen Maximalkraft und Minimalkraft) zur Querschnitts- flche Ao des unbeanspruchten Probekrpers: (5) bzw. u, = F,/Ao = (F, - Fmin)/2Ao (siehe Bild 2) (6) 2.1.8 Verformungsamplitude ya bzw. Ea (dimensionslos) Halbe Differenz aus Maximal- und Minimalve

20、rformung: ta = F,/Ao = (Fmm - Fmin)/2Ao (siehe Bild 1 und Bild 5) ya = (ymax - ymin)/2 (siehe Bild 3) bzw. (7) ea = (emax - Erndl2 (8) 2.2 Begriffe und Beziehungen bei sinusfrmigen Verformungen und Spannungen Bei linearem Verhalten hat eine sinusfrmige Spannung eine sinusfrmige Verformung zur Folge

21、und man erhlt als Hystereseschleife eine Elipse (siehe Bild 5). Anmerkung: Zur Beschreibung des Zusammenhanges zwi- schen der Spannung und Verformung erweist sich die Einfhrung von komplexen Gren als vorteil- haft. bzw. komplexer Dehnmodul E* in Pa 2.2.1 Komplexer Schubmodul G* Verhltnis von Spannun

22、g zur Verformung, bei der jede die- ser Gren durch eine komplexe Zahl dargestellt wird: G*=t*/y*, mit G*=G+jG”=IG*(ej6 (9) E* mit *=+j”=p*lej* (1 1) t* =t,ejmt und y*=y ,i(ut-W (siehe Bild 6) (1 O) bzw. (1 2) u* = ejmt und E* = e, el bt-8) mit t = Zeit, 6 = Verlustwinkel (siehe Abschnitt 2.2.3) w =

23、2n f (= Kreisfrequenz und f= Frequenz). 2.2.2 Absoluter Schubmodul 1G*l brw. absoluter Dehnmodul IE*l in Pa Betrag des komplexen Schubmoduls bzw. Dehnmoduls. Es gilt: lC*l= (siehe Bild 6) (13) oder JG*l= talya (14) bzw. I E* 1 = VE* + E“* (15) oder I E* I = u,/ man vergleiche DIN 53 512, DIN 53 513

24、oder DIN 53520. Anmerkung: Resonanz tritt auf, wenn die Frequenz der an- regenden Beanspruchung mit der Eigenfrequenz des Schwingungssystems etwa gleich gro ist. Unter Eigenfrequenz ist die Frequenz zu verstehen, mit der das System ohne uere Anregung schwingen wrde. 5 Empfohlene Prfbedingungen Aufgr

25、und des viskoelastischen Verhaltens von Elastomeren sind die Ergebnisse der dynamischen Messungen abhngig von den Prfbedingungen wie Temperatur, Frequenz und Amplitude der aufgebrachten Kraft oderverformung (siehe Anhang C). Bei sinusfrmiger Beanspruchung mssen entweder die Spannungs- oder die Verfo

26、rmungsamplitude sowie ent- weder die Mittelspannung oder die Mittelverformung vor- geschrieben sein. 5.1 Temperatur Falls die Temperaturabhngigkeit der viskoelastischen Kenngren mit einem automatisch arbeitenden Gert in einem vorgewhlten breiten Temperaturbereich in kleinen Schritten gemessen wird,

27、knnen die einzelnen Tempera- turen beliebig gewhlt werden. Es wird empfohlen, mit einer konstanten Aufheiz- bzw. Abkhlgeschwindigkeit von etwa 1 OClmin zu arbeiten. DIN 53535 Seite 3 Wenn die Messungen bei einer (oder einigen) Tempera- tur(en) nach Temperaturausgleich durchgefhrt werden, sind die Pr

28、ftemperaturen aus der folgenden Reihe auszu- whlen: - 7OoC + 70C - 55 OC + 85OC - 40C + 100C - 25OC + 125OC - looc + 15OOC o OC + 175OC + 23OC + 200 OC + 27OC + 225OC + 40C + 25OOC + 55OC Die an einer beliebigen Stelle im Probekrper herrschende Temperatur darf von der Prftemperatur um nicht mehr als

29、 ein grter zulssiger Fehler abweichen. Dieser betrgt blicherweise f2OC, sollte aber in der Nhe einer ber- gangstemperatur mglichst auf f0,5OC beschrnkt oder darf im Falle hoher Frequenzen oder hoher Amplituden erweitert werden. Die Abweichung ist im Prfbericht auf- zufhren. 5.2 Form und Art der aufg

30、ebrachten Beanspruchung Die aufgebrachte Verformung oder Spannung soll vorzugs- weise sinusfrmig sein, mit mglichst niedrigen Verzerrun- gen, die insgesamt nicht greralslO%sein drfen. Schub- beanspruchungen sind vorzuziehen, doch werden auch Dehnungs- und Druckbeanspruchungen zugelassen. Weitere gee

31、ignete Arten vorgegebener Beanspruchungen sind folgende: - freie gedmpfte Schwingungen, - periodische, halbsinusfrmige Beanspruchungen, - Schlagbeanspruchungen. 5.3 Frequenz und Amplitude Die Bereiche von Frequenz, Verformungs- und Span- nungsamplitude knnen sich in Abhngigkeit vom Prfziel ber mehre

32、re Dekaden erstrecken. Es wird empfohlen, diese Versuchsparameter logarithmisch zu variieren. Die folgenden Reihen knnen durch Multiplikation mit geeigne- ten negativen oder positiven Zehnerpotenzen nach beiden Seiten erweitert werden: Reihe A: 1; 10 Reihe B: 1; 3; 10 Reihe C: 1; 2; 5; 10 Reihe D: 1

33、; 1,5; 2; 3; 5; 7; 10 5.3.1 Frequenz (Hz) Der zulssige Fehlerder Frequenzdarf biszuf2%desSoll- wertes betragen. Frequenzen ber 500 Hz finden hier keine Bercksichtigung. 5.3.2 Verformungsamplitude (dimensionslos) Der zulssige Fehler fr die Verformungsamplitude darf bis zu f5Y0 des Sollwertes betragen

34、. 5.3.3 Spannungsamplitude (Pa) Der zulssige Fehler fr die Spannungsamplitude darf bis zu f5% des Sollwertes betragen. 5.4 Mittelverformung oder Mittelspannung Fr die Werte und zulssigen Fehler gilt hier das gleiche wie fr die periodisch vernderlichen Werte. 5.5 Einpunktprfung Soll fr Vergleichsmess

35、ungen unter definierten Bedingun- gen geprft werden, sind folgende Parameter zu whlen: - Temperatur T =7OoC - Form und Art der aufgebrachten Verformung sinusfrmige Scherung DIN1 DIN 53535 82 = Seite 4 DIN 53535 - Frequenz f =loHz - Verformungsamplitude ya =0,06 - Mittelverformung Ym=O 6 Probekrper M

36、ae der Probekrper werden in dieser Norm nicht festge- legt, obwohl das Gesamtvolumen wie auch andere Fakto- ren den Temperaturanstieg im Probeninnern whrend der Messung beeinflussen (siehe Abschnitt 7.4). Festgelegt wird nur die Form des Probekrpers und die Richtung, in der die Beanspruchung aufgebr

37、acht wird (siehe Ab- schnitt 6.2.2). Beide bestimmen die Spannungsverteilung und damit die experimentell zu ermittelnden Modulwerte. 6.1 Herstellung der Probekrper Probekrper sind nach DIN 53 502 herzustellen. Zweck- migerweise werden die Probekrper in einer Form vulka- nisiert. Endstcke aus Metall

38、sind mit Hilfe von Gummi- Metall-Bindemitteln anzubringen. Besonderer Wert ist auf eine gleichmige Vulkanisation zu legen, vornehmlich bei dicken Probekrpern. Die Probekrper knnen aber auch durch Schneiden und Schleifen aus Fertigteilen hergestellt werden. Fr das Verbinden solcher Probekrper mit Met

39、all- Endstcken ist ein geeigneter kaltabbindender Kleber zu verwenden. 6.2 Form des Probekrpers und Die Form des Probekrpers und die Art der Verformung soll- ten so gewhlt werden, da man mglichst eine homogene Spannungsverteilung erhlt. In der Regel treten an den Einspannstellen Behinderungen auf, d

40、eren Einflu man durch eine gnstige Probekrperform klein halten kann. Es ist vorteilhaft, bei Dehnbeanspruchung eine groe Probe- krperhhe und einen kleinen Querschnitt zu whlen, dagegen bei einer Schubbeanspruchung eine kleine Pro- benhhe und einen groen Probekrperquerschnitt, siehe Anhang B.3. 6.2.1

41、 Definition der Formfunktion Durch Einfhrung einer Formfunktion Q, kann man den Einflu der nicht homogenen Verformung eliminieren. Diese Formfunktionen d, sind fr die einzelnen Verformungsarten, Scherung oder Dehnung abhngig von der Probenform (Z.B. vom Verhltnis do/Lo, wenn do= Durchmesser und Lo =

42、 Lnge einer zylindrischen Probe) und in geringem Mae vom Modul, siehe Anhang 8.3. Fr die Berechnung des Schubmoduls G (hier steht G fr Gstat, IG*(, G oder G“) gilt unter Bercksichtigung der Formfunktion Q, folgende Gleichung: wenn z = Schubspannung Y = Scherung Fr die Berechnung des Dehnmoduls E (hi

43、er steht E fr Estat, IEI, E oder E“) gilt: wenn u = Spannung E =Dehnung. Gleichung 29 gilt nur fr kleine Verformungen, wenn der Wert von i, = L/Lo = 1 + e im Bereich zwischen 0,8 und 1,2 liegt. Die Formfunktionen QG und DE stellen einen multiplikati- ven Faktor dar, der aber selbst geringfgig vom Mo

44、dul abhngt. Fr die Berechnung des Moduls wird bei dem hier vorgeschlagenen Weg diese Abhngigkeit vernachlssigt. Es handelt sich also nur um eine Nherung, die um so genauer zutrifft, je weniger QG und DE sich von eins unter- scheiden. Art der Verformung t=Gy (28) U= d, E dann gilt: DG= 1 und t=Gy (31

45、) 6.2.2.2 Zylindrische Schubprobe Wirkt bei einer zylindrischen Probe die Schubkraft tangen- tial auf die kreisfrmige Grundflche in Richtung des Durchmessers (siehe Bild l), so sollte dasVerhltnis Durch- messer dozur Hhe Lo mglichst gro sein. Empfohlen wird das Verhltnis dann gilt: G- 1 und 7% Gy (3

46、2) Ist das Verhltnis do/Lo = 2, so gilt: d,=O,9 und z-0,g.G (33) Ge = 1 + B ( dann gilt: QE=l,l und a=l,l EE (34) 6.2.2.4 Quader unter Dehnbeanspruchung Wird die Kraft senkrecht auf die Grundflche eines Qua- ders aufgebracht (siehe Bild 2), so sollte das Verhltnis bo/Lo mglichst klein sein. Auch hie

47、r ist unter Druck ein Ausknicken der Probe zu vermeiden. Empfohlen wird das Verhltnis bo/Lo= 1; dann gilt: Qc=1,l und u=l,l Ec (35) (36) Ist das Verhltnis bo/Lo = 2, so gilt: - 13 und u = 1,5 E E 6.2.2.5 Auf Torsion beanspruchter Streifen Der Streifen hat rechteckigen Querschnitt mit der Breite b un

48、d der Dicke h (b 2 h). Er ist an den Enden durch Verkle- ben oder Einklemmen fixiert, die nicht fixierte Lnge L (L 2 10 b) wird bei den folgenden Berechnungen ver- wendet. Der Streifen ist mit einem Drehmoment Q um den Winkel a zu verdrehen. Falls b 2 3 h, gilt folgende Nherung 3 QL G= a b h3 (1 - 0

49、,63 hlb) (37) Falls b 3 h, ist eine genauere Formel anzuwenden 8 6.2.2.6 Auf Torsion beanspruchter Zylinder Der an den Enden durch Verkleben oder Einklemmen fixierte Zylinder mit einer freien Lnge L von mindestens dem zehnfachen Radius r ist mit einem Drehmoment Qaxiai um den Winkel azu verdrehen. In diesem Fall gilt folgendes: (38) 2QL nar4 G=- DIN1