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、各国の標準化団体 (ISO メンバー団体) の世界的な連合です。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。 ISOと連携して、政府および非政府の国際機関も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すべての問題について、国際電気標準会議 (IEC) と緊密に協力しています。
この文書の開発に使用された手順と、今後の維持のために意図された手順は、ISO/IEC 指令で説明されています。 1. 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 指令の編集規則に従って作成されました。 2 ( www.iso.org/directives を参照)
このドキュメント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、そのような特許権の一部または全部を特定する責任を負わないものとします。ドキュメントの開発中に特定された特許権の詳細は、序文および/または受信した特許宣言の ISO リストに記載されます ( www.iso.org/patents を参照)
このドキュメント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、保証を構成するものではありません。
規格の自主的な性質の説明、適合性評価に関連する ISO 固有の用語と表現の意味、および技術的貿易障壁 (TBT) における世界貿易機関 (WTO) の原則への ISO の準拠に関する情報については、以下を参照してください。 www.iso.org/iso/foreword.html .
この文書は、技術委員会 ISO/TC 164, 金属の機械的試験、小委員会 SC 2, 延性試験によって作成されました。
序章
パンチ成形、金属切断、および車両衝突などの多くの動的イベントでは、金属コンポーネントは動的衝撃荷重の影響を受けやすく、その場合、10 4 s -1程度の最大ひずみ速度が達成される可能性があります。この極端な負荷条件の間、材料の強度は、準静的な負荷条件よりも大幅に高くなる可能性があります。金属材料の降伏強度、流動応力、破壊ひずみなどのせん断力学特性は、部品のせん断破壊解析に不可欠な情報であり、構成関係を構築するための基礎データでもあります。多くの金属材料のせん断機械特性は、一軸荷重下の特性としてひずみ速度にも依存します。したがって、ねじり試験によって高ひずみ速度での金属材料のせん断機械的特性を決定することは、金属構造の工学設計、構造最適化、処理および評価にも非常に重要です。詳細については、次を参照してください。
- ISO 26203-1, および
- ISO 26203-
スプリット ホプキンソン (コルスキー) バーは、高ひずみ速度 (≥10 2 s -1 ) での材料の機械的特性を測定するための主要な試験方法の 1 つです。これは、次の 2 つの前提に基づいて設計されています。
- a)弾性棒における 1 次元の弾性波伝搬、および
- b)短い試験片の長さに沿った応力 - ひずみの均一な分布。
基本的な原理は次のとおりです。小さい試験片を 2 本の長い弾性棒の間に挟み、弾性応力波の伝播による荷重および測定装置として使用します。一方では、弾性棒上の伝播波が試験片に動的に負荷をかけます。一方、試験片の力と変位の測定値は、バーに取り付けられたゲージを介してバーの弾性ひずみを測定することによって計算できます。分割ホプキンソン棒法の一種であるねじり分割ホプキンソン棒装置は、動的ねじり試験問題の解決策を提供でき、約 10 3 s -1で正確な応力-ひずみ曲線を得るために広く使用されています。
この文書は、ねじれ分割ホプキンソン棒装置の試験方法を提供します。
1 スコープ
本文書は、ねじり分割ホプキンソン棒を用いた金属材料の高ひずみ速度でのねじり試験に関する用語と定義、記号と呼称、原理、装置、試験片、手順、データ処理、試験結果の評価、試験報告書、およびその他の内容を規定しています。 (TSHB)
2 参考文献
このドキュメントには規範的な参照はありません。
3 用語と定義
このドキュメントでは、次の用語と定義が適用されます。
ISO と IEC は、次のアドレスで標準化に使用する用語データベースを維持しています。
3.1
応力波
ひずみ波
媒質中の応力 (または歪み) の乱れの伝播
注記1:局所的な機械的擾乱が変形可能な固体媒体に突然加えられると、擾乱は粒子速度の変化、および応力とひずみ状態の変化をもたらします。応力およびひずみ状態の変化または擾乱は、波の形で媒体の他の部分に伝播します。媒体内に生じる波は、機械的応力 (または歪み) の影響によるものであり、したがって、これらの波は応力波 (または歪み) 波と呼ばれます。
3.2
弾性応力波
弾性ひずみ波
弾性媒体中を伝搬する応力波又はひずみ 波（3.1） 。
注記1荷重条件が固体媒体の降伏点未満の応力をもたらす場合、媒体は弾性的に振る舞い、その結果、 応力波またはひずみ波 (3.1) は弾性です。
3.3
弾性ねじれ波
弾性媒体のせん断変形を引き起こす回転擾乱の伝播のタイプ
注記 1粒子の移動方向は波の伝搬方向に垂直である。
3.4
波面
媒質内で乱された部分と乱されていない部分を分離する移動面
3.5
弾性ねじれ波速度
弾性ねじり波（3.3） の波面 （3.4） の伝搬速度
3.6
スプリットホプキンソンバー
棒状の 応力波又はひずみ波(3.1) の伝播情報から材料の動的応力-ひずみ曲線を決定するために分割棒システムを利用する実験装置。
注記 1:分割ホプキンソン棒装置では、短い試験片が入射棒と伝達棒と呼ばれる 2 つの長い弾性棒の間に挟まれ、それによって試験片に負荷がかかり、力と変位が測定されます。
3.7
TSHB
ねじれ分割ホプキンソンバー
材料のねじれ試験に使用される 分割ホプキンソン棒 (3.6) の種類
注記 1:ねじり分割ホプキンソン バー (TSHB) 装置では、 弾性ねじり波 (3.3) の伝播を利用して、高ひずみ速度での材料のせん断機械特性を測定します。
3.8
入射波
入射棒で発生し，試験片に向かって伝播する 弾性応力波又は弾性ひずみ波（3.2） 。
3.9
反射波
入射棒と試験片の界面から入射棒に反射される 弾性応力波又は弾性ひずみ波（3.2） 。
注記1入射波（3.8）がバーと試験片の界面まで伝搬するとき， 入射波（3.8） の 一部が反射して入射バーに戻る。
3.10
透過波
弾性応力波または弾性ひずみ波（3.2） 伝達バーと試験片の界面を介して伝達バーに伝達されるもの。
注記1入射波（3.8）が棒と試験片の界面まで伝播するとき， 入射波（3.8） の 一部は反射して入射棒に戻り，波の2番目の部分は試験を透過する。を送信機バーに取り付けます。
3.11
エンプラ平均ひずみ速度
時間のエンプラせん断ひずみ速度関数の算術平均
注記1エンジニアリングプラスチックのせん断ひずみ速度関数の算術平均値は、関数の定積分を計算し、積分値を塑性変形の時間間隔で割ることによって求めることができます。
3.12
ゲージ長
試験片の薄肉部の長さ
参考文献
| [1] | ISO 18338, 金属材料 - 室温でのねじり試験 |
| [2] | ISO 26203-1, 金属材料 — 高ひずみ速度での引張試験 — 1: 弾性棒タイプのシステム |
| [3] | ISO 26203-2, 金属材料 — 高ひずみ速度での引張試験 — 2: 油圧サーボおよびその他の試験システム |
| [4] | Gilat A Torsional Kolsky バー テスト。 In: ASM ハンドブック (ed. Kuhn H., Medlin D., Vol. 8 , Mechanical Testing and Evaluation, ASM International, Materials Park, Ohio, 2000, pp. 505-515) |
| [5] | Kolsky H.、非常に高い負荷率での材料の機械的特性の調査。物理学会の議事録B. 1949, 62 (11), 676-700.土井：10.1088/0370-1301/62/11/302 |
| [6] | Lindholm US, Yeakley LM, 高ひずみ速度試験: 引張および圧縮。実験力学。 1968 年、8, (1)、1-土井:10.1007/BF02326244 |
| [7] | Duffy J, Campbell JD, Hawley RH 1100-0 アルミニウムのレート効果を研究するためのねじれ分割ホプキンソン バーの使用について。応用力学ジャーナル。 1971, 38(1), 83-91.ドイ:10.1115/1.3408771 |
| [8] | Ravichandran G, Subhash G スプリット ホプキンソン圧力バーでのセラミックの圧縮試験における限界ひずみ速度の重要な評価。アメリカセラミック協会誌、2010年、77, (1)、263-26 doi:10.1111/j.1151-2916.1994.tb06987.x |
| [9] | Miao Y, Du B, Ma C et al. ホプキンソン テンション バー技術の測定精度に関するいくつかの基本的な問題。計測科学技術。 2019, 30(5):055009.ドイ: 10.1088/1361-6501/ab01b5 |
| [10] | Wang Li-li, Foundations of Stress Waves.オックスフォード: Elsevier Science Publishers BV, 2007 |
| [11] | Chen W, Song B, Split Hopkinson (Kolsky) Bar: 設計、テスト、およびアプリケーション。ニューヨーク：スプリンガーズ、2011 |
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, 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, 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 of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www.iso.org/iso/foreword.html .
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 164, Mechanical testing of metals, Subcommittee SC 2, Ductility testing
Introduction
In many dynamic events, such as punch forming, metal cutting, and vehicle collision, the metallic components are susceptible to dynamic impact loading, in which case the maximum strain rate of the order of 104 s−1 can be achieved. During this extreme loading condition, the strength of the material can be significantly higher than that under quasi-static loading conditions. The shear mechanical properties of metallic materials, such as yield strength, flow stress and failure strain are essential information for analysis of shear failure of components, and are also the basic data for construction of constitutive relations. The shear mechanical properties of many metallic materials depend also on strain rate as properties under uniaxial load. Therefore, to determine the shear mechanical properties of metallic materials at high strain rates by torsion test is also of great importance for engineering design, structural optimization, processing and evaluation of metallic structures. For additional information see
- ISO 26203-1, and
- ISO 26203-2.
The split Hopkinson (Kolsky) bar is one of the major test methods for measurement of mechanical properties of materials at high strain rates (≥102 s−1). It is designed on the base of two assumptions, namely
- a) one-dimensional elastic wave propagation in elastic bars, and
- b) uniform distribution of stress–strain along the length of the short test piece.
The fundamental principle is as follows: a small test piece is sandwiched between two long elastic bars, which are used as loading and measuring devices by means of elastic stress wave propagation. On the one hand, the propagating waves on elastic bars load dynamically the test piece; on the other hand the force and displacement measurements of test piece can be calculated by measuring the elastic strain of the bars through gauges attached to the bars. The torsional split Hopkinson bar apparatus, one kind of split Hopkinson bar techniques, can provide solutions for dynamic torsional testing problems and is widely used to obtain accurate stress-strain curves at around 103 s−1.
This document provides test method for the torsional split Hopkinson bar apparatus.
1 Scope
This document specifies terms and definitions, symbols and designations, principle, apparatus, test piece, procedure, data processing, evaluation of test result, test report and other contents for the torsion test at high strain rates for metallic materials by using torsional split Hopkinson bar (TSHB).
2 Normative references
There are no normative references in this document.
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
3.1
stress wave
strain wave
propagation of disturbance of stress (or strain) in a medium
Note 1 to entry: When a localized mechanical disturbance is applied suddenly into a deformable solid medium, the disturbance results in the variations of particle velocity, and also the variations of stress and strain states. The variations or disturbances of the stress and strain states propagate to the other parts of the medium in the form of waves. The resulting waves in the medium are due to mechanical stress (or strain) effects and, thus, these waves are called stress wave (or strain) wave.
3.2
elastic stress wave
elastic strain wave
stress wave or strain wave (3.1) propagating in an elastic medium
Note 1 to entry: When loading conditions result in stresses below the yield point of solid medium, the medium behaves elastically, and consequently the stress wave or strain wave (3.1) is elastic.
3.3
elastic torsional wave
type of propagation of rotation disturbance inducing shear deformation in elastic medium
Note 1 to entry: The direction of particle movement is perpendicular to the wave propagation direction.
3.4
wave front
moving surface which separates the disturbed from the undisturbed part in a medium
3.5
elastic torsional wave velocity
propagation velocity of wave front (3.4) of elastic torsional wave (3.3)
3.6
split Hopkinson bar
experimental apparatus that utilizes the split-bar system to determine the dynamic stress-strain curves of materials from the information of stress wave or strain wave (3.1) propagation in bars
Note 1 to entry: In a split Hopkinson bar apparatus a short test piece is sandwiched between the two long elastic bars, called incident and transmitter bars, by which the test piece is loaded, and force and displacement are measured.
3.7
TSHB
torsional split Hopkinson bar
kind of split Hopkinson bar (3.6) used for testing materials in torsion
Note 1 to entry: in a torsional split Hopkinson bar (TSHB) apparatus the elastic torsional wave (3.3) propagation is utilized to measure the shear mechanical properties of materials at high strain rates.
3.8
incident wave
elastic stress wave or elastic strain wave (3.2) generated in the incident bar, propagating towards the test piece
3.9
reflected wave
elastic stress wave or elastic strain wave (3.2) reflected to the incident bar from the incident bar-test piece interface
Note 1 to entry: When the incident wave (3.8) propagates till the bar-test piece interface, a part of the incident wave (3.8) is reflected back into the incident bar.
3.10
transmitted wave
elastic stress wave or elastic strain wave (3.2) transmitted through the transmitter bar-test piece interface and into the transmitter bar
Note 1 to entry: When the incident wave (3.8) propagates till the bar–test piece interface, a part of the incident wave (3.8) is reflected back into the incident bar, and a second part of the wave is transmitted through the test piece to the transmitter bar.
3.11
average engineering plastic strain rate
arithmetic average of the engineering plastic shear strain rate function of time
Note 1 to entry: The arithmetic average value of the engineering plastic shear strain rate function can be found by calculating the definite integral of the function and dividing the integral value by the time interval for plastic deformation.
3.12
gauge length
length of thin-wall section of the test piece
Bibliography
| [1] | ISO 18338, Metallic materials — Torsion test at room temperature |
| [2] | ISO 26203-1, Metallic materials — Tensile testing at high strain rates — 1: Elastic-bar-type systems |
| [3] | ISO 26203-2, Metallic materials — Tensile testing at high strain rates — 2: Servo-hydraulic and other test systems |
| [4] | Gilat A., Torsional Kolsky bar testing. In: ASM Handbook, (ed. Kuhn H., Medlin D., Vol. 8 , Mechanical Testing and Evaluation, ASM International, Materials Park, Ohio, 2000, pp. 505-515 |
| [5] | Kolsky H., An investigation of the mechanical properties of materials at very high rates of loading. Proceedings of the Physical Society B. 1949, 62 (11), 676–700. doi:10.1088/0370-1301/62/11/302 |
| [6] | Lindholm U.S., Yeakley L.M., High strain rate testing: tension and compression. Experimental Mechanics. 1968, 8(1), 1-9. doi:10.1007/BF02326244 |
| [7] | Duffy J., Campbell J.D., Hawley R.H., On the use of a torsional split Hopkinson bar to study rate effects in 1100-0 aluminum. Journal of Applied Mechanics. 1971, 38(1), 83-91. doi:10.1115/1.3408771 |
| [8] | Ravichandran G., Subhash G., Critical appraisal of limiting strain rates for compression testing of ceramics in a Split Hopkinson pressure bar. Journal of the American Ceramic Society,2010, 77(1), 263-267. doi:10.1111/j.1151-2916.1994.tb06987.x |
| [9] | Miao Y., Du B., Ma C. et al., Some fundamental problems concerning the measurement accuracy of the Hopkinson tension bar technique. Measurement Science and Technology. 2019, 30(5):055009. doi: 10.1088/1361-6501/ab01b5 |
| [10] | Wang Li-li, Foundations of Stress Waves. Oxford: Elsevier Science Publishers B.V., 2007 |
| [11] | Chen W., Song B., Split Hopkinson (Kolsky) Bar: Design, Testing and Applications. New York: Springer, 2011 |