この規格 プレビューページの目次
※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。
国際規格は、ISO/IEC 指令Part 2 部に規定されている規則に従って草案されています。
技術委員会の主な任務は、国際規格を作成することです。技術委員会によって採択された国際規格草案は、投票のために加盟団体に回覧されます。国際規格として発行するには、投票を行った加盟団体の少なくとも 75% による承認が必要です。
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。
ISO 12111 は、技術委員会 ISO/TC 164, 金属の機械試験、小委員会 SC 5, 疲労試験によって作成されました。
導入
熱負荷と機械負荷が同時に発生する構造コンポーネントの疲労寿命は、多くの場合、設計エンジニアにとって重大な関心と懸念事項です。熱負荷と機械負荷を組み合わせた場合の材料の挙動を調査する一般的なアプローチは、一軸実験室試験片上の重要な材料要素の状態を理想化することです。試験条件は、試験セクション内で周期的で理論的には均一where 、温度とひずみの場が外部から印加され、同時に変化し、制御される条件です。このような試験は「熱機械疲労」と呼ばれ、一般に TMF と略されます。
さまざまな研究室からの結果の信頼性と一貫性を確保するには、確立された基準に準拠した試験方法を使用してすべてのデータを生成および収集する必要があります。
この国際規格は、TMF データの生成と表示の両方に対応しています。
1 スコープ
この国際規格は、ひずみ制御下で一軸荷重をかけられた金属試験片の TMF 試験に適用されます。仕様では、機械的ひずみと温度の一定の周期的振幅と、一定の周期的機械的ひずみの比および一定の周期的温度と機械的ひずみの位相を考慮しています。
注最も一般的な循環タイプのリストとスケッチを付録 A に示します。
考慮されるサイクルの範囲は、一般に低サイクル疲労領域、つまりN f ≤ 10 5と考えられる範囲に対応します。
2 規範的参照
この文書を適用するためには、以下の参照文書が不可欠です。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。
- ISO 7500-1:2004, 金属材料 — 静的一軸試験機の検証 — Part 1: 引張/圧縮試験機 — 力測定システムの検証および校正
- ISO 9513, 金属材料 - 一軸試験で使用される伸び計システムの校正
- ISO 12106, 金属材料 - 疲労試験 - 軸ひずみ制御法
- ISO 23718, 金属材料 - 機械試験 - 語彙
3 用語と定義
この文書の目的上、ISO 23718 および ISO 12106 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
ストレス
σ
F i / A o ここで, F i は瞬間的な力、 A o は室温での元の断面積です。
3.2
元のゲージ長さ
L o
室温およびひずみゼロにおける伸び計の測定点間の試験片上の長さ
注記 1: この定義により、熱膨張と熱収縮によってゲージ長が継続的に変化するという複雑さが回避されます。
3.3
ゲージ長
L
伸び計の測定点間の試験片上の瞬間的な長さ
3.4
歪み
ε
Δ L / L o ここで, Δ L は長さの変化、 L o は室温で測定した標点距離です。
3.5
完全に緊張
ε死んだ
εtot = εm + εth
3.6
熱ひずみ
ε番目のth
温度変化によって引き起こされる自由膨張に対応するひずみ
3.7
機械的ひずみ
εmm
温度に依存せず、試験片に加えられた力に関連するひずみ
3.8
弾性ひずみ
応力を温度依存のヤング率で割ったときに生じるひずみ成分
3.9
非弾性ひずみ
機械的ひずみから弾性ひずみを差し引いたときに生じるひずみ成分
3.10
サイクル
周期的に繰り返されるひずみ-温度-時間パターンの最小セグメント
3.11
最大
1 サイクル内の変数の最大代数値
3.12
最小
1 サイクル内の変数の最小代数値
3.13
平均
変数の最大値と最小値の代数和の半分
3.14
範囲
変数の最大値と最小値の間の代数的な差
3.15
振幅
変数の範囲の半分
3.16
疲れた人生
定義された故障基準を達成するために適用されるサイクル数N f
例：
この例は 7.11 にあります。
3.17
ヒステリシスループ
1 サイクル中の応力 - 機械的ひずみ応答の閉曲線
3.18
機械的ひずみ比
R _
最小機械的ひずみを最大機械的ひずみで割った値
3.19
位相角
Φ
温度と機械的ひずみの間の角度。温度に関して参照変数として定義されます。
注記 1:位相角は度で表されます。正の位相角 (0 < Φ < 180) は、機械的ひずみの最大値が最大温度よりも遅れることを意味します。
参考文献
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| 4 | ホプキンス、SW 低サイクル熱機械疲労試験。材料とコンポーネントの熱疲労、ASTM STP 612 、(Spera, DA および Mowbray, DF 編)、米国試験材料協会、1976 年、157-169 ページ |
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| 11 | A ffeldt 、E, B eck 、T, K lingelhoffer 、H, L oveday 、M. および R inaldi 、C.ひずみ制御熱機械疲労試験の検証された実施基準。 EUR 22281EN DG JRC – エネルギー研究所。 ISBN 92-79-02216-4, 2006年 |
| 12 | Loveday 、MS, Bicego 、V.、 Hahner 、P.、K lingelhoffer 、H.、K uhn 、H.-J.、 Roebuck, B.ヨーロッパの TMF 相互比較演習の分析。国際疲労ジャーナル、 3, 2008, pp. 382-390 |
| 13 | Kandil , F.機械のアライメントの測定手順。国立物理学研究所。 VAMASレポートNo. 42, ISSN 1016-2186, 2003 年 2 月 |
| 14 | ISO 1099:2006, 金属材料 — 疲労試験 — 軸力制御法 |
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.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
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.
ISO 12111 was prepared by Technical Committee ISO/TC 164, Mechanical testing of metals, Subcommittee SC 5, Fatigue testing.
Introduction
The fatigue lives of structural components subjected to simultaneously occurring thermal and mechanical loadings are often of critical interest and concern to design engineers. A common approach to investigating the behaviours of materials subjected to combined thermal and mechanical loadings is to idealize the conditions of a critical material element on a uniaxial laboratory test specimen. The test condition is one where cyclic, theoretically uniform, within the test section, temperature and strain fields are externally imposed, simultaneously varied and controlled. Such a test is designated as “thermomechanical fatigue”, commonly abbreviated as TMF.
In order to ensure reliability and consistency of results from different laboratories, it is necessary to generate and collect all data using test methodologies that comply with an established standard.
This International Standard addresses both the generation and presentation of TMF data.
1 Scope
This International Standard is applicable to the TMF testing of uniaxially loaded metallic specimens under strain control. Specifications allow for any constant cyclic amplitude of mechanical strain and temperature with any constant cyclic mechanical strain ratio and any constant cyclic temperature-mechanical strain phasing.
NOTE A list and sketch of the most common cyclic types is shown in Annex A.
The range of cycles considered corresponds to that which is generally considered as the low-cycle fatigue domain, that is, Nf ≤ 105.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
- ISO 7500-1:2004, Metallic materials — Verification of static uniaxial testing machines — Part 1: Tension/compression testing machines — Verification and calibration of the force-measuring system
- ISO 9513, Metallic materials — Calibration of extensometer systems used in uniaxial testing
- ISO 12106, Metallic materials — Fatigue testing — Axial-strain-controlled method
- ISO 23718, Metallic materials — Mechanical testing — Vocabulary
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 23718 and ISO 12106 and the following apply.
3.1
stress
σ
Fi/ Ao ここで, Fi is the instantaneous force and Ao is the original cross-sectional area at room temperature
3.2
original gauge length
Lo
length on the specimen between extensometer measurement points at room temperature and zero strain
Note 1 to entry: This definition avoids the complexity of a continually varying gauge length due to thermal expansion and contraction.
3.3
gauge length
L
instantaneous length on the specimen between extensometer measurement points
3.4
strain
ε
Δ L/ Lo ここで, Δ L is the change in length and Lo is the gauge length measured at room temperature
3.5
total strain
εtot
εtot = εm + εth
3.6
thermal strain
εth
strain corresponding to the free expansion induced by a change in temperature
3.7
mechanical strain
εm
strain that is independent of temperature and is associated with the applied force on the specimen
3.8
elastic strain
strain component resulting when the stress is divided by the temperature-dependent Young's modulus
3.9
inelastic strain
strain component resulting when the elastic strain is subtracted from the mechanical strain
3.10
cycle
smallest segment of the strain-temperature-time pattern that is repeated periodically
3.11
maximum
greatest algebraic value of a variable within one cycle
3.12
minimum
least algebraic value of a variable within one cycle
3.13
mean
one-half of the algebraic sum of the maximum and minimum values of a variable
3.14
range
algebraic difference between the maximum and minimum values of a variable
3.15
amplitude
half the range of a variable
3.16
fatigue life
number of applied cycles, Nf, to achieve a defined failure criterion
EXAMPLE:
An example of this is found in 7.11.
3.17
hysteresis loop
closed curve of the stress-mechanical strain response during one cycle
3.18
mechanical strain ratio
Rε
minimum mechanical strain divided by the maximum mechanical strain
3.19
phase angle
Φ
angle between temperature and mechanical strain, defined with respect to the temperature as reference variable
Note 1 to entry: The phase angle is expressed in degrees. A positive phase angle (0 < Φ < 180) means that the maximum of the mechanical strain lags behind the maximum temperature.
Bibliography
| 1 | Castelli, M.G. and Ellis, J.R. Improved Techniques for Thermomechanical Testing in Support of Deformation Modeling. Thermo-Mechanical Fatigue Behavior of Material: First Volume, ASTM STP 1186 (ed. Sehitoglu, H.), American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 1993, pp. 195-211 |
| 2 | Zamrik, S.A., Davis, D.C. and Firth, L.C. Isothermal and Thermomechanical Fatigue of Type 316 Stainless Steels. Thermomechanical Fatigue Behavior of Materials: Second Volume, ASTM STP 1263, (eds. Verrilli, M.J. and Castelli, M.G.), American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 1996, pp. 96-116 |
| 3 | Chataigner, E. and Remy, L. Thermomechanical Fatigue Behavior of Coated and Bare Nickel-Based Superalloy Single Crystals. Thermomechanical Fatigue Behavior of Materials: Second Volume, ASTM STP 1263, (eds. Verrilli, M.J. and Castelli, M.G.), American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 1996, pp. 3-26 |
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| 10 | Grube, F., Affeldt, E.E. and Mughrabi, H., Thermomechanical Fatigue Behavior of an Aluminide-Coated Monocrystalline Ni-Base Superalloy. In: Thermomechanical Fatigue Behavior of Material: 4th Volume, ASTM STP 1428 (eds. McGaw, M.A., Kalluri, S., Bressers, J. and Peteves, S.D.), ASTM International, West Conshohocken, PA, 2003, pp. 164-179. Online, Available: www.astm.org/STP/1428/1428_10592, 24 June 2002 |
| 11 | Affeldt, E, Beck, T, Klingelhoffer, H, Loveday, M. and Rinaldi, C. Validated code of practice for strain controlled thermo-mechanical fatigue testing. EUR 22281EN DG JRC–Institute for Energy. ISBN 92-79-02216-4, 2006 |
| 12 | Loveday, M.S., Bicego, V., Hahner, P., Klingelhoffer, H., Kuhn, H.-J., Roebuck, B. Analysis of a European TMF inter-comparison exercise. International Journal of Fatigue, 30 (2), 2008, pp. 382-390 |
| 13 | Kandil, F. A procedure for the measurement of machine alignment. National Physical Laboratory. VAMAS Report No. 42, ISSN 1016-2186, February 2003 |
| 14 | ISO 1099:2006, Metallic materials — Fatigue testing — Axial force-controlled method |