※一部、英文及び仏文を自動翻訳した日本語訳を使用しています。
序文
ISO (国際標準化機構) は、国家標準化団体 (ISO メンバー団体) の世界的な連合体です。国際規格の作成作業は通常、ISO 技術委員会を通じて行われます。技術委員会が設立された主題に関心のある各会員団体は、その委員会に代表される権利を有します。政府および非政府の国際機関も ISO と連携してこの作業に参加しています。 ISO は、電気技術の標準化に関するあらゆる事項について、国際電気標準会議 (IEC) と緊密に協力しています。
この文書の作成に使用される手順と、そのさらなる保守を目的とした手順は、ISO/IEC 指令Part 1 部に記載されています。特に、さまざまなタイプの ISO 文書に必要なさまざまな承認基準に注意する必要があります。この文書は、ISO/IEC 指令Part 2 部の編集規則に従って起草されました 。 www.iso.org/directives
この文書の要素の一部が特許権の対象となる可能性があることに注意してください。 ISO は、かかる特許権の一部またはすべてを特定する責任を負わないものとします。文書の作成中に特定された特許権の詳細は、序論および/または受け取った特許宣言の ISO リストに記載されます。 www.iso.org/patents
本書で使用されている商号は、ユーザーの便宜のために提供された情報であり、推奨を構成するものではありません。
この文書を担当する委員会は、ISO/TC 164, 金属の機械試験、サブ委員会 SC 5, 疲労試験です。
ISO 12110は、「金属材料 - 疲労試験 - 可変振幅疲労試験」という一般タイトルの下に、次の部分で構成されています。
- Part 1: 一般原則、テスト方法、報告要件
- Part 2: 循環棚卸と関連するデータ削減方法
1 スコープ
ISO 12110 のこの部分では、振幅がサイクルごとに異なる一連のサイクル下での実験室試験片の疲労試験の一般原則を確立しています。
この一連のサイクルは負荷時間履歴 (3.7 を参照) と呼ばれ、通常は実際のサービス負荷にさらされたコンポーネントまたは構造に対して実行された負荷測定から導出されます。
サービス負荷記録の詳細な説明は、各研究室または産業分野に関連するため、ISO 12110 のこの部分の範囲外です。
ISO 12110 の 2 つの部分の目的は、要件を設定し、疲労データの一般的なばらつきを考慮した比較目的で一貫した結果を得るために、可変振幅疲労試験を実行する方法に関するガイダンスを提供することです。これを達成すると、設計者がさまざまなソースから得たモデルと実験データを関連付けることができるようになります。
ISO 12110 のこの部分には主に荷重の時間履歴と制御信号の生成が含まれるため、力で制御される荷重条件だけでなく、ひずみまたは疲労亀裂の成長速度が制御される荷重条件にも適用される可能性があることが期待されます。これは理論的には正しいですが、ISO 12110 のこの部分を力制御荷重モード以外の荷重モードに適用する場合は注意が必要です。
ISO 12110 のこの部分は、力制御モードでの可変振幅荷重に関連しており、ISO 12110 のこの部分の発行日に世界中で実施されている可変振幅疲労試験のほとんどに対応します。
ISO 12110 のこの部分は、多くの場合一軸荷重に対応する単一アクチュエータ荷重モードに適用されます。
ISO 12110 のこの部分で参照されている可変振幅負荷時間履歴は決定的です。 ISO 12110 のこの部分がランダムな負荷ではなく可変振幅負荷を扱うのはこのためです。
以下の問題は ISO 12110 のこの部分の範囲外であるため、扱われません。
- 過負荷または過負荷を分離した定振幅テスト。
- 大きなコンポーネントまたは構造のテスト。
- 温度と時間の相互作用に関連する腐食やクリープなどの環境影響は、周波数や波形の影響につながります。
- 多軸荷重。
2 規範的参照
以下の文書は、全部または一部がこの文書で規範的に参照されており、その適用には不可欠です。日付が記載された参考文献については、引用された版のみが適用されます。日付のない参照については、参照文書の最新版 (修正を含む) が適用されます。
3 用語と定義
この文書の目的上、ISO 1099, ISO 12106, ISO 12107, および ISO 12108 で与えられる用語と定義および以下が適用されます。
3.1
累積度数図
テスト開始以来の各サイクルの累積発生を示すヒストグラム
注記 1:累積度数図は、累積スペクトルまたは累積分布とも呼ばれます。
3.2
サイクル
力時間、応力時間、ひずみ時間、または試験片に加えられる別の信号の最小セグメント。一定振幅の疲労荷重下で定期的に繰り返されます。
注記 1:可変振幅負荷では、サイクルの定義は使用されるカウント方法によって異なります。
3.3
循環計数法
指定された長さのロード時間履歴のサイクル数をカウントするメソッド
3.4
読み込み中
試験片に加えられる変動する力、ひずみ、またはその他の制御変数を表す一般用語
注記 1:現在の規格は主に制御力荷重モードを指します。
3.5
荷重分散
負荷サイクル範囲の単純または累積分布
注記 1:負荷分布は、実際のサービス負荷の記録を統計的に処理した結果であるか、産業部門 (自動車、航空宇宙など) に特有の典型的な分布です。荷重分布は、荷重/応力制御モードだけでなく、ひずみ制御モードやその他の荷重モードにも適用されます。
注記 2:荷重分布は、「荷重スペクトル」と呼ばれることがよくあります。それにもかかわらず、スペクトルという言葉は周波数領域での負荷の説明を意味するため、避ける必要があります。
3.6
ヒストグラムの読み込み
負荷サイクル範囲の単純または累積ヒストグラム
注記 1:負荷ヒストグラムは、実際のサービス負荷の記録を統計的に処理した結果であるか、産業分野 (自動車、航空宇宙など) に特有の典型的な分布です。荷重ヒストグラムは、荷重/応力制御モード、ひずみ制御モード、その他の荷重モードに適用されます。
注記 2:負荷ヒストグラムは、「負荷スペクトル」と呼ばれることがよくあります。それにもかかわらず、スペクトルという言葉は周波数領域での負荷の説明を意味するため、避ける必要があります。
3.7
読み込み時間の履歴
振幅がサイクルごとに変化する一連の負荷サイクル
注記 1:ロード時間履歴は、実際のサービスロードの記録、または産業部門 (自動車、航空宇宙など) に特有の典型的なシーケンスです。荷重時間履歴は、荷重/応力制御モード、ひずみ制御モード、その他の荷重モードに適用されます。
注記 2:力制御荷重モードでは、「力履歴」という用語が使用されるべきでしたが、これは可変振幅疲労コミュニティ内では一般的ではありません。 「荷重時刻歴」は、力を含む制御変数に関係なく常に使用されます。
3.8
ロードパワースペクトル
エネルギー密度スペクトル
周波数領域でのランダムなロード時間履歴の説明
注記 1:パワースペクトルは、時間信号相関関数のフーリエ積分です。
3.9
省略
損傷のないサイクルまたは省略レベルよりも小さい振幅のサイクルの削除
3.10
省略レベル
ダメージを与えないサイクルを排除するためのカットオフレベル
3.11
ピーク
ロード時間履歴の一次導関数が正の符号から負の符号に変化する点
注記 1:一定振幅荷重の場合、ピークは最大荷重に相当します。可変振幅荷重の場合、ピークは荷重時間履歴の局所最大荷重に対応します。
3.12
ランダムな抽選
異なる範囲と平均値を持つ半サイクルのシーケンス
3.13
谷
ロード時間履歴の一次導関数が負の符号から正の符号に変化する部分
注記 1:谷は相対的な最小値、または「谷」です。
注記 2:谷は、定振幅荷重における最小荷重の点です。
3.14
可変振幅負荷
すべてのピークまたは谷の荷重が等しくない、あるいは両方が異なる荷重モード
注1: 「不規則積載」とも呼ばれます。
注記 2: 「スペクトル負荷」という用語は、可変振幅負荷の代わりに誤って使用されています。スペクトルは周波数領域での負荷の記述であり、負荷対時間の関数ではないため、これは避けるべきです。
参考文献
| 1 | EUW, 標準 ES 3.23 トラック車輪用二軸車輪試験 |
| 2 | Sonsino CM, 「可変振幅疲労設計および試験の原則」可変振幅荷重条件下での疲労試験および解析 ASTM STP 1439, PC McKeighan および N. Ranganathan 編。 ASTM インターナショナル、ペンシルベニア州ウェスト コンショホッケン、2005 年、3 ~ 23 ページ |
| 3 | NF A03-406, 金属製品 — 可変振幅荷重下での疲労 — 循環計数のレインフロー法 |
| 4 | ISO 4965, 金属材料 - 疲労試験 - 動的力校正 |
| 5 | ISO 12110-2, 金属材料 — 疲労試験 — 可変振幅疲労試験 — Part 2: サイクルカウントおよび関連するデータ削減方法 |
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2. www.iso.org/directives
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or on the ISO list of patent declarations received. www.iso.org/patents
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not constitute an endorsement.
The committee responsible for this document is ISO/TC 164, Mechanical testing of metals, Subcommittee SC 5, Fatigue testing.
ISO 12110 consists of the following parts, under the general title Metallic materials — Fatigue testing — Variable amplitude fatigue testing:
- Part 1: General principles, test method and reporting requirements
- Part 2: Cycle counting and related data reduction methods
1 Scope
This part of ISO 12110 establishes general principles for fatigue testing of laboratory specimens under a sequence of cycles the amplitude of which varies from cycle to cycle.
This sequence of cycles is called loading time history (see 3.7) and is usually derived from loading measurements performed on components or structures submitted to true service loadings.
Detailed description of service loads recording is relevant to each laboratory or industrial sector and is therefore outside the scope of this part of ISO 12110.
The aim of the two parts of ISO 12110 is to set requirements and give some guidance on how to perform a variable amplitude fatigue test in order to produce consistent results for comparison purposes taking into account the typical scatter of fatigue data. Achieving this should help designers to correlate models and experimental data obtained from various sources.
Since this part of ISO 12110 involves mainly loading time histories and control signal generation, one expects it might be applied to strain or fatigue crack growth rate controlled loading conditions as well as to force-controlled loading conditions. This is theoretically true but precautions may be taken when applying this part of ISO 12110 to loading modes other than force-controlled loading mode.
This part of ISO 12110 relates to variable amplitude loading under force control mode which corresponds to most of the variable amplitude fatigue tests performed worldwide at the date of publication of this part of ISO 12110.
This part of ISO 12110 applies to the single actuator loading mode which corresponds to uniaxial loading in many cases.
The variable amplitude loading time histories referred in this part of ISO 12110 are deterministic; that is why this part of ISO 12110 deals with variable amplitude loading instead of random loading.
The following issues are not within the scope of this part of ISO 12110 and therefore will not be addressed.
- constant amplitude tests with isolated overloads or underloads;
- tests on large components or structures;
- environmental effects like corrosion, creep linked to temperature/time interactions leading to frequency and waveform effects;
- multiaxial loading.
2 Normative references
The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are indispensable for its application. For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
- ISO 1099, Metallic materials — Fatigue testing — Axial force-controlled method
- ISO 12106, Metallic materials — Fatigue testing — Axial-strain-controlled method
- ISO 12107, Metallic materials — Fatigue testing — Statistical planning and analysis of data
- ISO 12108, Metallic materials — Fatigue testing — Fatigue crack growth method
- ISO 23788, Metallic materials — Verification of the alignment of fatigue testing machines
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 1099, ISO 12106, ISO 12107, and ISO 12108 and the following apply.
3.1
cumulative frequency diagram
histogram showing the cumulative occurrence of each cycle since the beginning of the test
Note 1 to entry: The cumulative frequency diagram is also called cumulative spectrum or cumulative distribution.
3.2
cycle
smallest segment of the force-time, stress-time, or strain-time, or another signal that is applied to the specimen, which is repeated periodically under constant amplitude fatigue loading
Note 1 to entry: In variable amplitude loading, the definition of cycle varies with the counting method used.
3.3
cycle counting method
method to count the number of cycles of a loading time history of a given length
3.4
loading
generic term designating varying force, strain, or any other controlling variable applied to a specimen
Note 1 to entry: The present standard refers mostly to controlled force loading mode.
3.5
loading distribution
simple or cumulative distribution of load cycle ranges
Note 1 to entry: The loading distribution is the result of a statistical treatment of a record of true service loading or is a typical distribution specific to an industrial sector (e.g. automotive, aerospace). Loading distribution applies for load/stress control mode as well as strain control mode and other loading modes.
Note 2 to entry: The loading distribution is often called “loading spectrum”. Nevertheless, the word spectrum shall be avoided since it means a loading description in the frequency domain.
3.6
loading histogram
simple or cumulative histogram of load cycle ranges
Note 1 to entry: The loading histogram is the result of a statistical treatment of a record of true service loading or is a typical distribution specific to an industrial sector (e.g. automotive, aerospace). Loading histogram applies for load/stress control mode as well as strain control mode and other loading modes.
Note 2 to entry: The loading histogram is often called “loading spectrum”. Nevertheless, the word spectrum shall be avoided since it means a loading description in the frequency domain.
3.7
loading time history
sequence of load cycles the amplitude of which varies from one cycle to the next
Note 1 to entry: The loading time history is a record of true service loading or is a typical sequence specific to an industrial sector (e.g. automotive, aerospace). Loading time history applies for load/stress control mode as well as strain control mode and other loading modes.
Note 2 to entry: In force-controlled loading mode, the term “force history” should have been used but this is not common within the variable amplitude fatigue community. “Loading time history” is always used whatever the controlling variable including force.
3.8
loading power spectrum
energy density spectrum
description of a random loading time history in the frequency domain
Note 1 to entry: The power spectrum is a Fourier integral of the time signal correlation function.
3.9
omission
eliminating of non-damaging cycles or cycles with amplitude less than the omission level
3.10
omission level
cutoff level for eliminating non-damaging cycles
3.11
peak
point at which the first derivative of the load-time history changes from a positive to a negative sign
Note 1 to entry: For a constant amplitude loading, the peak corresponds to the maximum loading. For variable amplitude loading, the peak corresponds to a local maximum load in the load-time history.
3.12
random draw
sequence of half cycles with different ranges and mean values
3.13
valley
part at which the first derivative of the load-time history changes from a negative to a positive sign
Note 1 to entry: The valley is a relative minimum or “trough”.
Note 2 to entry: The valley is the point of minimum load in constant amplitude loading.
3.14
variable amplitude loading
loading mode in which all the peak or valley loads are not equal or both
Note 1 to entry: It is also called “irregular loading”.
Note 2 to entry: The term “spectrum loading” is incorrectly employed instead of variable amplitude loading. It should be avoided since a spectrum is a loading description in the frequency domain, not a load versus time function.
Bibliography
| 1 | EUWA (Association of European Wheel Manufacturers), Standard ES 3.23 Biaxial Wheel Test for Truck Wheels |
| 2 | Sonsino C.M., Principles of Variable Amplitude Fatigue Design and Testing Fatigue Testing and Analysis Under Variable Amplitude Loading Conditions ASTM STP 1439, P.C. McKeighan and N. Ranganathan, Eds. ASTM International, West Conshohocken, PA, 2005, pp. 3 – 23 |
| 3 | NF A03-406, Metal products — Fatigue under variable amplitude loading — the Rainflow method of cycle counting |
| 4 | ISO 4965, Metallic materials — Fatigue testing — Dynamic force calibration |
| 5 | ISO 12110-2, Metallic materials — Fatigue testing — Variable amplitude fatigue testing — Part 2: Cycle counting and related data reduction methods |