ISO 12680-1:2005
(Main)Methods of test for refractory products — Part 1: Determination of dynamic Young's modulus (MOE) by impulse excitation of vibration
Methods of test for refractory products — Part 1: Determination of dynamic Young's modulus (MOE) by impulse excitation of vibration
ISO 12680-1:2005 specifies a method for determining the dynamic Young's modulus of rectangular cross-section bars and circular cross-section specimens of refractories by impulse excitation of vibration. The dynamic Young's modulus is determined using the resonant frequency of the specimen in its flexural mode of vibration.
Méthodes d'essai pour produits réfractaires — Partie 1: Détermination du module de Young dynamique (MOE) par excitation de vibration par impulsion
L'ISO 12680-1:2005 spécifie une méthode permettant de déterminer le module de Young dynamique de barres de section rectangulaire ou d'éprouvettes cylindriques de matériaux réfractaires par excitation de vibration par impulsion. Le module de Young dynamique est déterminé à l'aide de la fréquence de résonance de l'éprouvette dans son mode de vibration en flexion.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 12680-1
First edition
2005-06-15
Methods of test for refractory products —
Part 1:
Determination of dynamic Young's
modulus (MOE) by impulse excitation of
vibration
Méthodes d'essai pour produits réfractaires —
Partie 1: Détermination du module de Young dynamique (MOE) par
excitation de vibration par impulsion
Reference number
ISO 12680-1:2005(E)
©
ISO 2005
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ISO 12680-1:2005(E)
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Published in Switzerland
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ISO 12680-1:2005(E)
Contents Page
Foreword. iv
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions. 1
4 Principle. 2
5 Significance and use . 3
6 Apparatus . 3
7 Sampling. 5
8 Test specimens . 5
9 Procedure . 5
10 Calculations. 7
11 Test report . 10
Annex A (informative) Factors affecting accuracy of determinations . 11
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ISO 12680-1:2005(E)
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 12680-1 was prepared by Technical Committee ISO/TC 33, Refractories.
ISO 12680 consists of the following parts, under the general title Methods of test for refractory products:
Part 1: Determination of dynamic Young's modulus (MOE) by impulse excitation of vibration
The following part is under preparation:
Part 2: Determination of static modulus of elasticity
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 12680-1:2005(E)
Methods of test for refractory products —
Part 1:
Determination of dynamic Young's modulus (MOE) by impulse
excitation of vibration
1 Scope
This part of ISO 12680 specifies a method for determining the dynamic Young's modulus of rectangular
cross-section bars and circular cross-section specimens of refractories by impulse excitation of vibration. The
dynamic Young's modulus is determined using the resonant frequency of the specimen in its flexural mode of
vibration.
NOTE Although not specifically described in this part of ISO 12680, this method can also be used at high
temperatures with suitable equipment modification.
This part of ISO 12680 does not address the safety issues associated with its use. It is the responsibility of the
users of this standard to establish appropriate safety and health practices.
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 5022:1979, Shaped refractory products — Sampling and acceptance testing
ISO 8656-1:1988, Refractory products — Sampling of raw materials and unshaped products — Part 1:
Sampling scheme
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
modulus of elasticity
MOE
ratio of stress to strain below the proportional limit
3.2
proportional limit
greatest stress which a material is capable of sustaining without deviation from proportionality of stress to
strain (Hooke's Law)
3.3
anti-nodes
locations, generally two or more, of local maximum displacement in an unconstrained slender bar or rod in
resonance
NOTE For the fundamental flexural resonance, the anti-nodes are located at the two ends and the centre of the
specimen.
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ISO 12680-1:2005(E)
3.4
flexural vibrations
displacements in a slender rod or bar in the plane normal to its length
3.5
homogeneous
uniform composition, density and texture
NOTE A result of homogeneity is that any smaller specimen taken from the original is representative of the whole. In
refractory practice, as long as the geometrical dimensions of the specimen are large with respect to the size of individual
grains, crystals, components, pores and microcracks, the body can be considered homogeneous.
3.6
in-plane flexure, noun
flexural mode for rectangular parallelepiped geometry specimens in which the direction of the displacement is
in the major plane of the specimen
3.7
isotropic, adj.
condition of a specimen such that the values of the elastic properties are the same in all directions in the
specimen
3.8
nodes
location on a slender rod or bar in resonance having a constant zero displacement
NOTE For the fundamental flexural resonance of such a rod or bar, the nodes are located at 0,224 L from each end,
where L is the length of the specimen.
3.9
out-of-plane flexure
flexural mode for rectangular parallelepiped geometry specimens in which the direction of the displacement is
perpendicular to the major plane of the specimen
3.10
resonant frequency
natural frequencies of vibration of a body driven into flexural vibration
NOTE Resonant frequencies are determined by the elastic modulus, mass and dimensions of the specimen. The
lowest resonant frequency in a vibrational mode is the fundamental resonant frequency of that mode.
3.11
slender rod
slender bar
specimen whose ratio of length to minimum cross-section thickness or diameter is at least 5
NOTE This applies to dynamic elastic property testing.
4 Principle
A test specimen of suitable geometry is excited mechanically with a single elastic strike of an impulse tool,
called a hammer, and its fundamental resonant frequency is determined.
A transducer (e.g. contact accelerometer or non-contacting microphone) senses the mechanical vibrations in
the specimen resulting from the excitation and transforms the vibrations into electrical signals. Specimen
supports, impulse locations and signal pick-up points are selected to induce and measure a specific mode of
transient vibrations, i.e. the flexural mode. The signals are analysed and a signal analyser that provides data
about the frequency and/or the period of the specimen's vibration determines the fundamental resonant
frequency. The appropriate fundamental resonant frequency, dimensions and mass of the specimen are used
to calculate the dynamic Young's modulus.
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ISO 12680-1:2005(E)
5 Significance and use
This test method may be used for refractory characterization, development and quality control purposes.
This test method is appropriate for determining the modulus of elasticity of refractory bodies that are
homogeneous in nature.
This method addresses the determination of the dynamic moduli of elasticity of slender rectangular bars and
cylindrical rods.
This test method is non-destructive in use so it may be used on specimens prepared for other tests. The
specimens are subjected to only minute strains; hence the moduli are measured at or near the origin of the
stress-strain curve with a minimum possibility of specimen fracture.
The test provides options for variations in test specimen sizes and procedure to accommodate most refractory
compositions and textures.
The impulse excitation test method utilizes an impact tool (hammer) and simple supports for the test specimen.
This test method is not suitable for specimens with major cracks or voids.
This test method is limited to determining moduli of specimens with regular geometries, such as rectangular
parallelepipeds and cylinders, for which analytical equations are available to relate geometry, mass and
modulus to the resonant vibration frequency.
The analytical equations assume parallel or concentric dimensions for the geometry of the specimens.
Deviations in the dimensions of the specimens will introduce errors in the calculations and in the results of the
tests.
Uneven or excessively rough surfaces of as-formed specimens can have a significant effect on the accuracy
of the determination. The dynamic modulus value is inversely proportional to the cube of the thickness so the
thickness variation is significant.
This test method assumes that the specimen is vibrating freely with no significant restraint or impediment.
Specimen supports should be designed and located so the specimen can vibrate freely in the proper mode.
6 Apparatus
6.1 Excitation apparatus
This apparatus is used to excite vibrations in the test specimens and then accurately detect, analyse and
measure the fundamental resonant frequency or period of a vibrating beam. Figure 1 shows a block diagram
of such an apparatus. It consists of a small hammer, a suitable pickup transducer to convert the mechanical
vibrations into electrical signals, an electronic signal analyser system consisting of a signal
1)
conditioner/amplifier, a signal analyser and a frequency read-out device .
1) An example of a suitable instrument is the Grindosonic instrument, manufactured by J.W. Lemmens, Inc.,
3466 Bridgeland Drive, Suite 230, St. Louis MO, 63044-2602 USA. This information is given for the convenience of users
of this part of ISO 12680 and does not constitute an endorsement by ISO of this equipment.
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ISO 12680-1:2005(E)
Key
1 numerical display of the measured frequency 4 frequency analyser 7 test specimen
2 read-out device 5 transducer 8 support system
3 signal amplifier 6 impulser 9 electrical system
Figure 1 — Block diagram of typical test apparatus
6.2 Striker hammer
The hammer shall have a mass sufficient to induce a measurable mechanical vibration in the test specimen
but shall be not large enough to physically displace or damage the test specimen. A typical small hammer is
shown in Figure 2. Larger specimens may require larger striker hammers.
NOTE The size of the striker hammer depends on the size and physical properties of the specimens to be tested.
Key
1 flexible polymer rod
2 steel or other hard metal ball
Figure 2 — Typical design for striker hammer
6.3 Signal pickup
The excited vibrational signals in the test specimens are detected by transducers in di
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 12680-1
Première édition
2005-06-15
Méthodes d'essai pour produits
réfractaires —
Partie 1:
Détermination du module de Young
dynamique (MOE) par excitation de
vibration par impulsion
Methods of test for refractory products —
Part 1: Determination of dynamic Young's modulus (MOE) by impulse
excitation of vibration
Numéro de référence
ISO 12680-1:2005(F)
©
ISO 2005
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ISO 12680-1:2005(F)
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Publié en Suisse
ii © ISO 2005 – Tous droits réservés
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ISO 12680-1:2005(F)
Sommaire Page
Avant-propos. iv
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions. 1
4 Principe. 3
5 Signification et utilisation . 3
6 Appareillage . 4
7 Échantillonnage . 5
8 Éprouvettes . 6
9 Mode opératoire . 6
10 Calculs . 8
11 Rapport d'essai . 11
Annexe A (informative) Facteurs affectant l'exactitude des déterminations . 12
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ISO 12680-1:2005(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 12680-1 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 33, Matériaux réfractaires.
L'ISO 12680 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Méthodes d'essai pour produits
réfractaires:
Partie 1: Détermination du module de Young dynamique (MOE) par excitation de vibration par impulsion
La partie suivante est en cours d'élaboration:
Partie 2: Détermination du module d'élasticité statique
iv © ISO 2005 – Tous droits réservés
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NORME INTERNATIONALE ISO 12680-1:2005(F)
Méthodes d'essai pour produits réfractaires —
Partie 1:
Détermination du module de Young dynamique (MOE) par
excitation de vibration par impulsion
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 12680 spécifie une méthode permettant de déterminer le module de Young
dynamique de barres de section rectangulaire ou d'éprouvettes cylindriques de matériaux réfractaires par
excitation de vibration par impulsion. Le module de Young dynamique est déterminé à l'aide de la fréquence
de résonance de l'éprouvette dans son mode de vibration en flexion.
NOTE Bien que cette méthode ne soit pas spécifiquement décrite dans la présente partie de l'ISO 12680, elle peut
également être utilisée à des températures élevées avec un équipement adapté modifié en conséquence.
La présente partie de l'ISO 12680 n'a pas pour but d'aborder tous les problèmes de sécurité liés à son
utilisation. Il incombe à l'utilisateur de la présente norme d'établir, avant de l'utiliser, des pratiques d'hygiène et
de sécurité adaptées.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 5022:1979, Produits réfractaires façonnés — Échantillonnage et contrôle de réception
ISO 8656-1:1988, Produits réfractaires — Échantillonnage des matières premières et des matériaux non
façonnés préparés — Partie 1: Schéma d'échantillonnage
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
3.1
module d'élasticité
MOE
rapport de la contrainte à la déformation, établi sous la limite proportionnelle
3.2
limite proportionnelle
contrainte la plus grande qu'un matériau est capable de supporter sans s'éloigner de la proportionnalité
contrainte/déformation (Loi de Hooke)
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ISO 12680-1:2005(F)
3.3
anti-nœuds
emplacements, généralement deux ou plus, d'un déplacement local maximal dans une barre mince ou une
tige en résonance non soumises à une contrainte
NOTE Pour la résonance fondamentale en flexion, les anti-nœuds se situent aux deux extrémités et au centre de
l'éprouvette.
3.4
vibrations en flexion
déplacements dans une tige ou une barre mince se situant dans le plan perpendiculaire à la longueur
3.5
homogène
composition, masse volumique et texture uniformes
NOTE Un résultat de l'homogénéité est que toute éprouvette plus petite, prélevée dans l'éprouvette d'origine, en est
représentative. Pour les matériaux réfractaires, tant que les dimensions géométriques de l'éprouvette sont importantes, eu
égard aux dimensions individuelles des grains, cristaux, composants, pores et microfissures, le corps peut être considéré
comme homogène.
3.6
flexion dans le plan (n)
mode en flexion pour les éprouvettes en forme de parallélépipède rectangle dont le sens de déplacement se
situe dans le plan principal de l'éprouvette
3.7
isotrope (adj.)
état d'une éprouvette tel que les valeurs des propriétés élastiques de l'éprouvette sont identiques dans toutes
les directions
3.8
nœuds
emplacement sur une tige ou une barre mince en résonance, caractérisé par un déplacement nul constant
NOTE Pour la résonance fondamentale en flexion d'une telle tige ou barre, les nœuds se situent à 0,224 L de
chaque extrémité, L étant la longueur de l'éprouvette.
3.9
flexion hors du plan (n)
mode en flexion pour les éprouvettes en forme de parallélépipède rectangle dont le sens de déplacement est
perpendiculaire au plan principal de l'éprouvette
3.10
fréquence de résonance
fréquences naturelles de vibration d'un corps soumis à une vibration en flexion
NOTE Les fréquences de résonance sont déterminées par le module élastique, la masse et les dimensions de
l'éprouvette. La fréquence de résonance la plus basse en mode vibratoire est la fréquence de résonance fondamentale de
ce mode.
3.11
tige mince
barre mince
éprouvette dont le rapport entre la longueur et l'épaisseur minimale ou le diamètre est au moins égal à 5
NOTE Cela s'applique à l'essai des propriétés élastiques dynamiques.
2 © ISO 2005 – Tous droits réservés
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ISO 12680-1:2005(F)
4 Principe
Une éprouvette de géométrie adaptée est excitée mécaniquement par un seul choc élastique provoqué avec
un outil d'impulsion appelé marteau et sa fréquence de résonance fondamentale est déterminée.
Un transducteur (par exemple un accéléromètre de contact ou un microphone sans contact) reçoit les
vibrations mécaniques résultantes qui parcourent l'éprouvette et transforme ces vibrations en signaux
électriques. Les supports d'éprouvettes, les emplacements d'impulsions et les points de prise du signal sont
choisis pour induire et mesurer un mode de vibrations transitoires spécifique, c'est-à-dire le mode en flexion.
Les signaux sont analysés par un appareil adapté qui fournit des données sur la fréquence et/ ou sur la
période de vibration de l'éprouvette et détermine la fréquence de résonance fondamentale. La fréquence de
résonance fondamentale correspondante, les dimensions et la masse de l'éprouvette sont utilisées pour
calculer le module de Young dynamique.
5 Signification et utilisation
La présente méthode d'essai peut être utilisée pour la caractérisation des matériaux réfractaires, leur
développement et à des fins de contrôle qualité.
La présente méthode d'essai convient pour déterminer le module d'élasticité de corps réfractaires qui sont
homogènes à l'état naturel.
La présente méthode d'essai traite de la détermination des modules d'élasticité dynamiques de barres
rectangulaires et de tiges cylindriques.
La présente méthode d'essai est une méthode non destructive et peut donc être appliquée à des éprouvettes
préparées pour d'autres essais. Les éprouvettes ne sont sujettes qu'à des déformations infimes; les modules
sont donc mesurés au niveau ou à proximité de l'origine de la courbe contrainte/déformation, la rupture de
l'éprouvette étant peu probable.
L'essai fournit des choix pour les variations de dimensions de l'éprouvette ainsi qu'un mode opératoire pour
s'adapter à la plupart des compositions et textures des matériaux réfractaires.
La présente méthode d'essai d'excitation par impulsion préconise l'utilisation d'un outil d'impact (marteau) et
d'un simple support d'éprouvette.
La présente méthode d'essai ne convient pas aux éprouvettes affectées par des fissures importantes ou des
vides.
La présente méthode d'essai se limite à la détermination des modules d'éprouvettes dont la géométrie est
régulière comme les parallélépipèdes rectangles et les cylindres pour lesquels des équations analytiques sont
disponibles pour rapporter la géométrie, la masse et le module à la fréquence de résonance.
Les équations analytiques supposent que les éprouvettes présentent des faces parallèles ou concentriques.
Des écarts dans les dimensions des éprouvettes induiront des erreurs dans les calculs et dans les résultats
des essais.
Des surfaces irrégulières ou extrêmement rugueuses d'éprouvettes façonnées peuvent avoir un effet
significatif sur l'exactitude de la détermination. La valeur du module dynamique est inversement
proportionnelle au cube de l'épaisseur de sorte que la variation de l'épaisseur est significative.
La présente méthode d'essai suppose que l'éprouvette vibre librement sans retenue ni empêchement
notables. Il convient que les supports d'éprouvettes soient conçus et placés de manière que l'éprouvette
puisse vibrer librement dans le mode approprié.
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ISO 12680-1:2005(F)
6 Appareillage
6.1 Appareillage d'excitation
Cet appareillage est utilisé pour exciter des vibrations dans les éprouvettes puis pour détecter, analyser et
mesurer avec exactitude la fréquence de résonance ou la période d'une barre vibrante. Un schéma
fonctionnel de ce type d'appareillage est représenté à la Figure 1. Cet appareillage se compose d'un petit
marteau, d'un transducteur capteur pour convertir les vibrations mécaniques en signaux électriques, d'un
système d'analyse du signal électronique comprenant un conditionneur/amplificateur du signal, un analyseur
1)
du signal et un dispositif indicateur de la fréquence .
Légende
1 affichage numérique de la fréquence mesurée 4 analyseur de fréquence 7 éprouvette
2 dispositif indicateur 5 transducteur 8 support d'éprouvette
3 amplificateur du signal 6 outil d'impact 9 équipement électrique
Figure 1 — Schéma fonctionnel d'un appareillage d'essai type
6.2 Marteau percuteur
Le marteau doit avoir une masse suffisante pour induire une vibration mécanique mesurable dans l'éprouvette
mais il ne doit pas être assez lourd pour déplacer physiquement l'éprouvette ni l'endommager. Un petit
marteau typique est représenté à la Figure 2. Des éprouvettes plus importantes peuvent nécessiter des
marteaux percuteurs plus grands.
NOTE La taille du marteau percuteur dépend de la taille et des propriétés physiques des éprouvettes à soumettre à
essai.
6.3 Capteur de signal
Les signaux vibratoires excités dans les éprouvettes peuvent être détectés à l'aide de transducteurs en
contact direct avec l'éprouvette ou à l'aide de transducteurs sans contact. Les transducteurs de contact
courants sont des accéléromètres qui utilisent un dispositif piézoélectrique ou un extensomètre pour mesurer
la vibration. Un microphone acoustique est un transducteur sans contact courant, mais des méthodes laser,
magnétique ou électrostatique peuvent également être utilisées. La plage de fréquences du transducteur doit
suffire pour mesurer les fréquences attendues de l'éprouvette. Pour de nombreuses éprouvettes de matériaux
réfractaires, une gamme de fréquences comprises entre 50 Hz et 20 kHz conviendrait. Des éprouvettes plus
petites et plus rigides vibren
...
Questions, Comments and Discussion
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