ASTM E2207-15 Standardpraxis für spannungskontrollierte Axial-Torsions-Ermüdungsprüfungen mit dünnwandigen Rohrproben

In der „ASTM E2207-15 Standard Practice for Stress-Controlled Axial-Torsional Fatigue Testing with Thin-Walled Pipe Samples“, entwickelt von der American Society for Testing and Materials (ASTM), spannungskontrolliert, isotherm, mit dünnwandigen, kreisförmigen Querschnitt, rohrförmige Proben bei Umgebungs- und hohen Temperaturen. Die axiale, torsionale und kombinierte gleichphasige und phasenverschobene axiale Torsionsermüdungsprüfungsmethode wird erläutert. Diese Norm beschränkt sich auf symmetrische, völlig entgegengesetzte Spannungen (mittlere Spannungen Null) und axiale und Torsionswellenformen gleicher Frequenz in einem kombinierten Axial-Torsions-Ermüdungsversuch. Auch diese Norm beschränkt sich auf die Charakterisierung homogener Materialien mit dünnwandigen röhrenförmigen Proben und deckt nicht die Prüfung großflächiger Bauteile oder Strukturelemente ab.

Es ist nicht beabsichtigt, dass diese Norm alle etwaigen Sicherheitsbedenken im Zusammenhang mit ihrer Verwendung berücksichtigt. Der Anwender dieser Norm ist verpflichtet, vor der Verwendung geeignete Sicherheits-, Gesundheits- und Umweltpraktiken festzulegen und die Anwendbarkeit gesetzlicher Beschränkungen zu bestimmen.

Dieser internationale Standard wurde in Übereinstimmung mit den international anerkannten Standardisierungsgrundsätzen entwickelt, die in der vom Ausschuss für technische Handelshemmnisse der Welthandelsorganisation veröffentlichten Entscheidung über Grundsätze für die Entwicklung internationaler Standards, Leitfäden und Empfehlungen festgelegt sind.

Für die Zwecke dieser Norm gelten die folgenden Begriffe und Definitionen:

• Die Axialspannung (technische Axialspannung) ist definiert als die Längenänderung dividiert durch die ursprüngliche Länge.
• Unter Scherspannung versteht man die technische Scherspannung, die durch die Einwirkung eines Torsionsmoments auf eine zylindrische Probe entsteht. Bei einer solchen Torsionsschubspannung handelt es sich um eine einfache Scherung, und die Scherverschiebung wird ähnlich wie die Axialspannung definiert.
• Biaxiales Dehnungsamplitudenverhältnis Beim Axial-Torsions-Ermüdungsversuch ist das biaxiale Dehnungsamplitudenverhältnis definiert als das Verhältnis der Scherdehnungsamplitude zur axialen Dehnungsamplitude.
• Phasenlage zwischen Axial- und Scherspannungen Bei axialen Torsionsermüdungstests wird die Phasenlage als Phasenwinkel zwischen der Wellenform der Axialspannung und der Wellenform der Scherspannung definiert. Die beiden Wellenformen müssen vom gleichen Typ sein, beispielsweise beide dreieckig oder beide sinusförmig.
• Unter Scherspannung versteht man die technische Scherspannung, die in orthogonalen tangentialen und axialen Richtungen des Messabschnitts wirkt und ein Ergebnis des auf die dünnwandige röhrenförmige Probe ausgeübten Torsionsmoments ist. Die Schubspannung ist, wie auch die Schubspannung, immer am Außendurchmesser am größten. Unter elastischen Belastungsbedingungen variiert die Scherspannung auch linear entlang der dünnen Wand der röhrenförmigen Probe. Unter elastoplastischen Belastungsbedingungen neigt die Scherspannung jedoch dazu, nichtlinear zu variieren. Die meisten spannungskontrollierten Axial-Torsions-Ermüdungsversuche werden unter elasto-plastischen Belastungsbedingungen durchgeführt. Daher empfiehlt sich die Annahme einer gleichmäßig verteilten Schubspannung.

Multiaxiale Kräfte führen tendenziell zu Verformungs- und Schadensmechanismen, die sich oft deutlich von denen unterscheiden, die unter einer einfachen einachsigen Belastungsbedingung auftreten. Da die meisten technischen Komponenten zyklischen mehrachsigen Kräften ausgesetzt sind, ist es notwendig, das Verformungs- und Ermüdungsverhalten von Materialien in diesem Modus zu charakterisieren. Eine solche Charakterisierung ermöglicht eine zuverlässige Vorhersage der Ermüdungslebensdauer vieler technischer Komponenten. Axial-Torsionsbelastung ist eines der möglichen mehrachsigen Kraftsysteme und im Wesentlichen eine zweiachsige Belastungsart. Dünnwandige röhrenförmige Proben, die einer axialen Torsionsbelastung ausgesetzt sind, können verwendet werden, um das Verhalten von Materialien in zwei von vier Quadranten in den Hauptspannungs- oder Dehnungsfeldern zu untersuchen. Eine axiale Torsionsbelastung ist besser geeignet als eine biaxiale Belastung in der Ebene, da der Spannungszustand in dünnwandigen Rohrproben über den gesamten Prüfabschnitt konstant und bekannt ist. Diese Anwendung eignet sich zur Generierung von Ermüdungslebensdauer- und zyklischen Verformungsdaten für homogene Materialien unter axialen, torsionalen und kombinierten gleichphasigen und phasenverschobenen axial-torsionellen Belastungsbedingungen.

Unter den zahlreichen Test-, Mess-, Analyse- und Bewertungsstudien, die für Unternehmen in verschiedenen Branchen durchgeführt werden, erfüllt unsere Organisation mit ihrem geschulten und fachkundigen Personal und ihrer fortschrittlichen technologischen Ausrüstung die „Standardpraxis ASTM E2207-15 für spannungsgesteuerte Axial-Torsion“. Ermüdungsprüfungen mit dünnwandigen Rohrproben“ sind Standard. Darüber hinaus werden definierte Prüfdienstleistungen angeboten.