※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 を参照)
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 を参照)
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。
適合性評価に関連する ISO 固有の用語や表現の意味の説明、および貿易の技術的障壁 (TBT) における WTO 原則への ISO の準拠に関する情報については、次の URL を参照してください。 序文 - 補足情報 。
この文書を担当する委員会は、ISO/TC 61, プラスチック、サブ委員会 SC 2, 機械的特性です。
この第 2 版は、マイナー リビジョンを構成する第 1 版 (ISO 15850:2002) を取り消し、置き換えます。
1 スコープ
この国際規格は、一定の正の最小値と一定の正の最大値の間で変化する周期的な引張荷重にさらされたノッチ付き試験片の亀裂の伝播を測定する方法を指定しています。試験結果には、荷重サイクル数の関数としての亀裂長さ、応力拡大係数と亀裂先端でのエネルギー解放率の関数としての亀裂長さの増加率が含まれます。亀裂の伝播における不連続性の発生の可能性が検出され、報告されます。
この試験は、亀裂伝播破壊に対する耐性を判断する目的にも使用できます。この場合、結果は、応力拡大係数に対する破壊までのサイクル数または亀裂伝播破壊を引き起こすのに要した合計時間の形式で表すことができます (付録 A を参照)
この方法は、次の範囲の材料での使用に適しています。
- 硬質および半硬質の熱可塑性成形および押出材料（充填および短繊維強化コンパウンドを含む）と硬質および半硬質の熱可塑性シート。
- 硬質および半硬質熱硬化性材料 (充填および短繊維強化コンパウンドを含む) と硬質および半硬質熱硬化性シート。
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、次の用語と定義が適用されます。
3.1
サイクル
定期的に繰り返されるロード時間関数またはストレス時間関数の最小セグメント
注記 1:疲労サイクル、負荷サイクル、応力サイクルという用語も一般的に使用されます。
3.2
完了したサイクル数
N
テスト開始以降の負荷サイクル数
3.3
波形
単一サイクル内の負荷時間曲線の形状
3.4
最大荷重
P 最大
サイクル中の負荷の最高値
注記 1:ニュートンで表されます。
注記 2:この試験方法では、正の荷重、つまり引張荷重のみが使用されます。
3.5
最小負荷
P 分
サイクル中の負荷の最低値
注記 1:ニュートンで表されます。
注記 2:この試験方法では、正の荷重、つまり引張荷重のみが使用されます。
3.6
負荷範囲
P
Δ P = P max − P min
3.7
負荷率
応力比
R
3.8
応力拡大係数
K
[出典:ISO 13586:2000, 3.3]
注記 1:パスカルルートメートル (Pa・m 1/2 ) で表されます。
注記 2: 数量には次元があるにもかかわらず、係数という用語が一般的に使用されているため、ここで使用されています。
3.9
最大応力拡大係数
K
1 サイクル内の応力拡大係数の最大値
3.10
最小応力拡大係数
K 分
1 サイクル内の応力拡大係数の最小値
3.11
応力拡大係数の範囲
K
Δ K = K max − K min
3.12
エネルギー放出率
G
注記 1:平方メートル当たりのジュールで表されます。
| E' = E | 平面応力の場合。 | |
| 平面ひずみ条件の場合。 | ||
| E とν | はそれぞれ引張弾性率とポアソン比です。 |
3.13
最大エネルギー放出率
G マックス
1サイクルにおけるエネルギー放出率の最高値
3.14
最小エネルギー放出率
G 分
1サイクルにおけるエネルギー放出率の最低値
3.15
エネルギー放出速度範囲
G
Δ G = G max − G min
3.16
ノッチ
通常、試験前にカミソリの刃または同様の鋭利な道具を使用して試験片に付けられた鋭いくぼみで、疲労による亀裂の開始点として意図されています。
3.17
初期亀裂の長さ
a
ノッチの長さ (3.16)
注記 1:メートル単位で表されます。
注記 2:コンパクト引張 (CT) 試験片の場合、荷重印加点を結ぶ線 (つまり、荷重ピンの穴の中心を通る線) からノッチ先端までの距離を測定します (図 2 を参照)片刃ノッチ引張 (SENT) 試験片の場合、試験片の端からノッチ先端まで測定されます。測定手順の詳細は 7.3 に記載されています。
3.18
亀裂の長さ
a
試験中の任意の時点における亀裂の合計長さ。初期亀裂長さa 0に疲労荷重による亀裂長さの増分を加えたもので与えられます。
注記 1:メートル単位で表されます。
3.19
疲労亀裂進展速度
d a /d N
疲労荷重によって引き起こされる亀裂の伸長速度。サイクルごとの平均亀裂伸長で表されます。
注記 1:サイクルあたりのメートル単位で表されます。
3.20
応力強度の校正
特定の試験片形状における応力拡大係数を荷重および亀裂の長さに関連付ける、経験的結果または分析結果に基づく数式
3.21
標点間距離
L
<片刃ノッチ引張 (SENT) 試験片> 試験機に試験片を取り付けた後の上部グリップと下部グリップ間の自由距離
注記 1:メートル単位で表されます。
3.22
故障するまでのサイクル数
N f
試験の開始から疲労亀裂の進展、サンプル破損までの負荷サイクルの合計数
3.23
t
失敗する時間
試験の開始から疲労亀裂の進展、サンプル破損までの負荷サイクルの合計数（時間で表したもの）
注記 1:時間単位で表されます。
参考文献
| 1 | Herzberg RW, Manson JA, エンジニアリング プラスチックの疲労。学術出版局、1980 年 |
| 2 | Williams JG, ポリマーの破壊力学。エリス・ホーウッド社、チチェスター、1984 年 |
| 3 | ASTM E 647-00, 疲労亀裂進展速度測定のための標準試験法 |
| 4 | Rooke DR, Cartwright DJ, 『ストレス強度因子の概要』、ヒリンドン出版、アクスブリッジ、1976 年 |
| 5 | Saxena, A.およびHudak , SJ Jr.、一般的な亀裂成長試験片に関するコンプライアンス情報のレビューと拡張、 Int. J. オブ フラクチャー、Vol. 14, 5, 453-468 ページ、1978年 |
| 6 | Pinter, G. Haager, H. Balika, W. および Lang, RW, PE パイプ グレードの長期性能評価のための CRB 試験片による周期亀裂成長試験、 Polymer Testing 、Vol. 26, 180-188ページ、2007年 |
| 7 | Choi SW, Pyo SH 静的疲労のランク付けにおける周期疲労の使用における異常 プラスチックの遅い亀裂成長挙動、プラスチックパイプ XIV, 2008 年 9 月、ブダペスト |
| 8 | Lu, X. および Brown, N.、ポリエチレンにおける異常な遅い亀裂成長、Polymer, Vol. 38, 5749-5753 ページ、1997年 |
| 9 | ISO 16770, プラスチック — ポリエチレンの環境応力亀裂 (ESC) の測定 — フルノッチクリープ試験 (FNCT) |
| 10 | ISO 13586, プラスチック — 破壊靱性の測定 (GIC および KIC) — 線形弾性破壊力学 (LEFM) アプローチ |
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 (see 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 (see 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.
For an explanation on the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the WTO principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following URL: Foreword - Supplementary information .
The committee responsible for this document is ISO/TC 61, Plastics, Subcommittee SC 2, Mechanical properties.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 15850:2002) of which it constitutes a minor revision.
1 Scope
This International Standard specifies a method for measuring the propagation of a crack in a notched specimen subjected to a cyclic tensile load varying between a constant positive minimum and a constant positive maximum value. The test results include the crack length as a function of the number of load cycles and the crack length increase rate as a function of the stress intensity factor and energy release rate at the crack tip. The possible occurrence of discontinuities in crack propagation is detected and reported.
The test can be also used for the purpose of determining the resistance to crack propagation failure. In this case, the results can be presented in the form of number of cycles to failure or total time taken to cause crack propagation failure versus the stress intensity factor (see Annex A).
The method is suitable for use with the following range of materials:
- rigid and semi-rigid thermoplastic moulding and extrusion materials (including filled and short-fibre-reinforced compounds) plus rigid and semi-rigid thermoplastic sheets;
- rigid and semi-rigid thermosetting materials (including filled and short-fibre-reinforced compounds) plus rigid and semi-rigid thermosetting sheets.
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 291, Plastics — Standard atmospheres for conditioning and testing
- ISO 527 (all parts), Plastics — Determination of tensile properties
- ISO 2818, Plastics — Preparation of test specimens by machining
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
cycle
smallest segment of a load-time or stress-time function which is repeated periodically
Note 1 to entry: The terms fatigue cycle, load cycle, and stress cycle are also commonly used.
3.2
number of cycles completed
N
number of load cycles since the beginning of a test
3.3
waveform
shape of the load-time curve within a single cycle
3.4
maximum load
Pmax
highest value of the load during a cycle
Note 1 to entry: It is expressed in newtons.
Note 2 to entry: Only positive, i.e. tensile, loads are used in this test method.
3.5
minimum load
Pmin
lowest value of the load during a cycle
Note 1 to entry: It is expressed in newtons.
Note 2 to entry: Only positive, i.e. tensile, loads are used in this test method.
3.6
load range
ΔP
ΔP = Pmax − Pmin
3.7
load ratio
stress ratio
R
3.8
stress intensity factor
K
[SOURCE:ISO 13586:2000, 3.3]
Note 1 to entry: It is expressed in pascal root metres (Pa⋅m1/2).
Note 2 to entry: The term factor is used here because it is in common usage, even though the quantity has dimensions.
3.9
maximum stress intensity factor
Kmax
highest value of the stress intensity factor in one cycle
3.10
minimum stress intensity factor
Kmin
lowest value of the stress intensity factor in one cycle
3.11
stress intensity factor range
ΔK
ΔK = Kmax − Kmin
3.12
energy release rate
G
Note 1 to entry: It is expressed in joules per square metre.
| E' = E | for plane stress; | |
| for plane strain conditions; | ||
| E and ν | are the tensile modulus and Poisson's ratio, respectively. |
3.13
maximum energy release rate
Gmax
highest value of the energy release rate in one cycle
3.14
minimum energy release rate
Gmin
lowest value of the energy release rate in one cycle
3.15
energy release rate range
ΔG
ΔG = Gmax − Gmin
3.16
notch
sharp indentation made in the specimen, generally using a razor blade or a similar sharp tool, before a test and intended as the starting point of a fatigue-induced crack
3.17
initial crack length
a0
length of the notch (3.16)
Note 1 to entry: It is expressed in metres.
Note 2 to entry: For compact tensile (CT) specimens, it is measured from the line joining the load-application points (i.e. the line through the centres of the loading-pin holes) to the notch tip (see Figure 2). For single-edge-notched tensile (SENT) specimens, it is measured from the edge of the specimen to the notch tip. Details of the measurement procedure are given in 7.3.
3.18
crack length
a
total crack length at any time during a test, given by the initial crack length a0 plus the crack length increment due to fatigue loading
Note 1 to entry: It is expressed in metres.
3.19
fatigue crack growth rate
da/dN
rate of crack extension caused by fatigue loading and expressed in terms of average crack extension per cycle
Note 1 to entry: It is expressed in metres per cycle.
3.20
stress intensity calibration
mathematical expression, based on empirical or analytical results, that relates the stress intensity factor to load and crack length for a specific specimen geometry
3.21
gauge length
L0
<single-edge-notched tensile (SENT) specimen> free distance between the upper and lower grips after the specimen has been mounted in the test machine
Note 1 to entry: It is expressed in metres.
3.22
number of cycles to failure
Nf
total number of load cycles from the beginning of the test to fatigue crack propagation to sample failure
3.23
tf
time to failure
total number of load cycles from the beginning of the test to fatigue crack propagation to sample failure, expressed in time
Note 1 to entry: It is expressed in hours.
Bibliography
| 1 | Herzberg R.W., Manson J.A., Fatigue of Engineering Plastics. Academic Press, 1980 |
| 2 | Williams J.G., Fracture Mechanics of Polymers. Ellis Horwood Ltd, Chichester, 1984 |
| 3 | ASTM E 647-00, Standard Test Method for Measurement of Fatigue Crack Growth Rates |
| 4 | Rooke D.R., Cartwright D.J., Compendium of Stress Intensity Factors, Hillingdon Press, Uxbridge, 1976 |
| 5 | Saxena, A. and Hudak, S. J. Jr., Review and extension of compliance information for common crack growth specimens, Int. J. of Fracture, Vol. 14, 5 , pp. 453‑468, 1978 |
| 6 | Pinter, G. Haager, H. Balika, W. and Lang, R.W., Cyclic crack growth tests with CRB specimensfor the evaluation of the long-term performance of PE pipe grades, Polymer Testing, Vol. 26, pp 180-188, 2007 |
| 7 | Choi S.W., Pyo S.H. Abnormalities in using cyclic fatigue in ranking static fatigue slow crack growth behaviour of plastics, Plastics Pipes XIV, September, 2008, Budapest |
| 8 | Lu, X. and Brown, N., Abnormal slow crack growth in polyethylene, Polymer, Vol. 38 , pp. 5749- 5753, 1997 |
| 9 | ISO 16770, Plastics — Determination of environmental stress cracking (ESC) of polyethylene — Full-notch creep test (FNCT) |
| 10 | ISO 13586, Plastics — Determination of fracture toughness (GIC and KIC) — Linear elastic fracture mechanics (LEFM) approach |