ISO 17140:2014

Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) — Mechanical properties of ceramic composites at room temperature — Determination of fatigue properties at constant amplitude

ISO 17140:2014 specifies the conditions for the determination of properties at constant-amplitude of load or strain in uniaxial tension/tension or in uniaxial tension/compression cyclic fatigue of ceramic matrix composite materials (CMCs) with fibre reinforcement at room temperature. It applies to all ceramic matrix composites with fibre reinforcement, unidirectional (1D), bi-directional (2D), and tri-directional (xD, where 2

Céramiques techniques — Propriétés mécaniques des composites céramiques à température ambiante — Détermination des propriétés de fatigue à amplitude constante

L'ISO 17140:2014 spécifie les conditions de détermination des propriétés de fatigue cyclique à amplitude constante de contrainte ou de déformation en traction/traction uniaxiale ou en traction/compression uniaxiale des matériaux composites à matrice céramique (CMC) avec renfort de fibres à température ambiante. La présente Norme internationale s'applique à tous les composites à matrice céramique avec renfort de fibres, unidirectionnel (1D), bidirectionnel (2D) ou tridirectionnel (xD, où 2

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 18-May-2014
• ICS: 81.060.30 - Advanced ceramics
• Technical Committee: ISO/TC 206 - Fine ceramics
• Drafting Committee: ISO/TC 206/WG 4 - Composites
• Current Stage: 9020 - International Standard under periodical review
• Start Date: 15-Jul-2024
• Completion Date: 15-Jul-2024

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 17140
First edition
2014-06-01
Fine ceramics (advanced ceramics,
advanced technical ceramics) —
Mechanical properties of ceramic
composites at room temperature —
Determination of fatigue properties at
constant amplitude
Céramiques techniques — Propriétés mécaniques des composites
céramiques à température ambiante — Détermination des propriétés
de fatigue à amplitude constante
Reference number
©
ISO 2014
© ISO 2014
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Published in Switzerland
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Contents Page
Foreword .iv
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
3.1 General . 1
3.2 Cyclic fatigue phenomena . 3
4 Principle . 5
5 Significance and use . 5
6 Apparatus . 6
6.1 Fatigue test machine . 6
6.2 Load train. 6
6.3 Extensometer . 7
6.4 Data recording system . 7
6.5 Micrometers . 7
7 Test specimens. 7
8 Test specimen preparation . 8
8.1 Machining and preparation . 8
8.2 Number of test specimens . 8
9 Test procedure . 8
9.1 Measurement of test specimen dimensions . 8
9.2 Testing technique . 9
9.3 Test validity . 9
10 Calculation of results .10
10.1 Time to failure, t .
f 10
10.2 Damage parameters.10
10.3 Residual properties .10
11 Test report .12
Annex A (informative) Schematic evolution of E .14
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 206, Fine ceramics.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 17140:2014(E)
Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical
ceramics) — Mechanical properties of ceramic composites
at room temperature — Determination of fatigue
properties at constant amplitude
1 Scope
This International Standard specifies the conditions for the determination of properties at constant-
amplitude of load or strain in uniaxial tension/tension or in uniaxial tension/compression cyclic fatigue
of ceramic matrix composite materials (CMCs) with fibre reinforcement at room temperature.
This International Standard applies to all ceramic matrix composites with fibre reinforcement,
unidirectional (1D), bi-directional (2D), and tri-directional (xD, where 2 < x ≤ 3).
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 3611, Geometrical product specifications (GPS) — Dimensional measuring equipment: Micrometers for
external measurements — Design and metrological characteristics
ISO 7500-1, 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 14544, Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) — Mechanical properties of
ceramic composites at high temperature — Determination of compression properties
ISO 14574, Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) — Mechanical properties of
ceramic composites at high temperature — Determination of tensile properties
ISO 15733, Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) — Mechanical properties
of ceramic composites at ambient temperature in air atmospheric pressure — Determination of tensile
properties
CEN/TR 13233, Advanced technical ceramics — Notations and symbols
3 Terms and definitions
1)
For the purposes of this document, the terms and definitions given in CEN/TR 13233 and the following
apply.
3.1 General
3.1.1
calibrated length
l
part of the test specimen which has uniform and minimum cross-section area
1) Intended to be substituted by a future International Standard.
3.1.2
gauge length
L
o
initial distance between reference points on the test specimen in the calibrated length
3.1.3
initial cross-section area
S
o
initial cross-section area of the test specimen within the calibrated length, at the test temperature
Note 1 to entry: Two initial cross-section areas of the test specimen can be defined:
— apparent cross-section area: this is the total area of the cross-section, S ;
o app
— effective cross-section area: this is the total area corrected by a factor to account for the presence of a coating,
S .
o eff
3.1.4
longitudinal deformation
A
change in the gauge length between reference points under an uniaxial force
3.1.5
strain
ε
relative change in the gauge length defined as the ratio, A/L
o
3.1.6
stress
σ
force supported by the test specimen at any time in the test, divided by the initial cross-section area
Note 1 to entry: Two stresses can be distinguished:
— apparent stress, σ , when the apparent cross-section area (or total cross-section area) is used;
app
— effective stress, σ , when the effective cross-section area is used.
eff
Note 2 to entry: Stress can be either in tension or in compression.
3.1.7
constant amplitude loading
in cyclic fatigue loading, constant wave form loading in which the peak loads and the valley loads are
kept constant during the test (see Figure 1 for nomenclature relevant to cyclic fatigue testing)
2 © ISO 2014 – All rights reserved

Key
1 time 6 mean
2 control parameter (test mode) 7 peak (maximum)
3 triangular form 8 valley (minimum)
4 trapezoidal form 9 amplitude
5 sinusoidal form 10 range
Figure 1 — Cyclic fatigue nomenclature and wave forms
3.2 Cyclic fatigue phenomena
NOTE Stress-strain curve parameters are defined as given in Figure 2.
3.2.1 Load ratio
3.2.1.1
load ratio
R
in cyclic fatigue loading, the algebraic ratio of the two loading parameters of a cycle
Note 1 to entry: The most widely used ratios are
— R = (minimum load/maximum load), or
— R = (valley load/peak load).
3.2.2 Cyclic fatigue stress
3.2.2.1
maximum stress
σ
max
maximum applied stress during cyclic fatigue
3.2.2.2
minimum stress
σ
min
minimum applied stress during cyclic fatigue
3.2.2.3
mean stress
σ
m
average applied stress during cyclic fatigue
σσ+
maxmin
Note 1 to entry: σ =
m
3.2.2.4
stress amplitude
σ
a
difference between the maximum stress and the minimum stress
σσ−
maxmin
Note 1 to entry: σ = =σσ−=−σσ
ammaxmm in
3.2.3 Cyclic fatigue strain
3.2.3.1
maximum strain
ε
max
maximum applied strain during cyclic fatigue
3.2.3.2
minimum strain
ε
min
minimum applied strain during cyclic fatigue
3.2.3.3
mean strain
ε
m
average applied strain during cyclic fatigue
εε+
maxmin
Note 1 to entry: ε =
m
3.2.3.4
strain amplitude
ε
a
difference between the maximum stress and the minimum stress
εε−
maxmin
Note 1 to entry: ε = =εε−=−εε
ammaxmm in
3.2.4 Fatigue parameters
3.2.4.1
number of cycles
N
total number of loading cycles which is applied to the test specimen during the test
4 © ISO 2014 – All rights reserved

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...

NORME ISO
INTERNATIONALE 17140
Première édition
2014-06-01
Céramiques techniques — Propriétés
mécaniques des composites
céramiques à température ambiante
— Détermination des propriétés de
fatigue à amplitude constante
Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) —
Mechanical properties of ceramic composites at room temperature —
Determination of fatigue properties at constant amplitude
Numéro de référence
©
ISO 2014
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Publié en Suisse
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Sommaire Page
Avant-propos .iv
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
3.1 Généralités . 1
3.2 Phénomènes de fatigue cyclique . 3
4 Principe . 5
5 Signification et usage . 5
6 Appareillage . 6
6.1 Machine d’essai de fatigue . 6
6.2 Système d’application d’effort . 6
6.3 Extensomètre . 7
6.4 Système d’enregistrement des données . 7
6.5 Micromètres . 7
7 Éprouvettes . 7
8 Préparation des éprouvettes . 8
8.1 Usinage et préparation . 8
8.2 Nombre d’éprouvettes . 8
9 Mode opératoire d’essai. 8
9.1 Mesure des dimensions des éprouvettes . 8
9.2 Technique de l’essai . 9
9.3 Validité de l’essai . 9
10 Calcul des résultats .10
10.1 Temps à rupture, t .
f 10
10.2 Paramètres d’endommagement .10
10.3 Propriétés résiduelles .11
11 Rapport d’essai .12
Annexe A (informative) Évolution schématique de E .14
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 (IEC) en ce qui concerne
la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www.
iso.org/directives).
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. Les détails concernant les
références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de l’élaboration
du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de brevets reçues par
l’ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation
de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion de l’ISO aux principes de l’OMC
concernant les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: Avant-propos —
Informations supplémentaires
Le comité chargé de l’élaboration du présent document est l’ISO/TC 206, Céramiques techniques.
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NORME INTERNATIONALE ISO 17140:2014(F)
Céramiques techniques — Propriétés mécaniques des
composites céramiques à température ambiante —
Détermination des propriétés de fatigue à amplitude
constante
1 Domaine d’application
La présente Norme internationale spécifie les conditions de détermination des propriétés de fatigue
cyclique à amplitude constante de contrainte ou de déformation en traction/traction uniaxiale ou en
traction/compression uniaxiale des matériaux composites à matrice céramique (CMC) avec renfort de
fibres à température ambiante.
La présente Norme internationale s’applique à tous les composites à matrice céramique avec renfort de
fibres, unidirectionnel (1D), bidirectionnel (2D) ou tridirectionnel (xD, où 2 < x ≤ 3).
2 Références normatives
Les documents ci-après, dans leur intégralité ou non, sont des références normatives indispensables à
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 3611, Spécification géométrique des produits (GPS) — Équipement de mesurage dimensionnel:
Micromètres d’extérieur ― Caractéristiques de conception et caractéristiques métrologiques
ISO 7500-1, Matériaux métalliques — Vérification des machines pour essais statiques uniaxiaux — Partie 1:
Machines d’essai de traction/compression — Vérification et étalonnage du système de mesure de force
ISO 9513, Matériaux métalliques — Étalonnage des chaînes extensométriques lors d’essais uniaxiaux
ISO 14544, Céramiques techniques — Propriétés mécaniques des céramiques composites à haute
température — Détermination des caractéristiques en compression
ISO 14574, Céramiques techniques — Propriétés mécaniques des céramiques composites à haute
température — Détermination des caractéristiques en traction
ISO 15733, Céramiques techniques — Méthode d’essai de comportement à la contrainte en traction des
composites renforcés de fibres continues, à température ambiante
CEN/TR 13233, Céramiques techniques avancées — Notations et symboles
3 Termes et définitions
3.1 Généralités
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans le CEN/TR 13233 (qui sera
remplacé par la future ISO NP 14XX) ainsi que les suivants s’appliquent.
3.1.1
longueur utile
l
partie de l’éprouvette où la section est la plus faible et est uniforme
3.1.2
longueur de jauge
L
o
distance initiale entre les points de référence dans la longueur utile de l’éprouvette
3.1.3
aire initiale de la section
S
o
aire initiale de la section de l’éprouvette dans la longueur utile, à la température d’essai
Note 1 à l’article: Deux aires initiales de la section de l’éprouvette peuvent être définies:
— l’aire apparente: aire totale de la section de l’éprouvette S ;
o app
— l’aire effective: aire totale de la section corrigée d’un facteur, prenant en compte la présence d’un revêtement,
S
o eff
3.1.4
allongement
A
modification de la longueur de jauge entre les points de référence sous une sollicitation uniaxiale
3.1.5
déformation
ε
modification relative de la longueur de jauge définie comme le rapport A/L
o
3.1.6
contrainte
σ
force supportée par l’éprouvette à tout instant de l’essai, divisée par l’aire initiale de la section
Note 1 à l’article: On distingue deux contraintes:
— contrainte apparente, σ , lorsque l’aire apparente de la section (ou aire totale) est utilisée;
app
— contrainte effective, σ , lorsque l’aire effective de la section est utilisée.
eff
Note 2 à l’article: La contrainte peut être une contrainte de traction ou de compression.
3.1.7
chargement à amplitude constante
dans le cas de fatigue cyclique, charges de forme d’onde constante dont le maximum et le minimum
demeurent constants au cours de l’essai (voir la Figure 1 pour la nomenclature relative aux essais de
fatigue cyclique)
2 © ISO 2014 – Tous droits réservés

Légende
1 temps 6 moyenne
2 paramètre contrôlé (mode de l’essai) 7 maximum
3 forme triangulaire 8 minimum
4 forme trapézoïdale 9 amplitude
5 forme sinusoïdale 10 étendue
Figure 1 — Nomenclature des essais de fatigue cyclique et formes d’onde
3.2 Phénomènes de fatigue cyclique
NOTE Les paramètres de la courbe contrainte-déformation sont définis comme indiqué à la Figure 2.
3.2.1 Rapport de charge
3.2.1.1
rapport de charge
R
dans le cas de la fatigue cyclique, rapport algébrique des deux paramètres de charges d’un cycle
Note 1 à l’article: Le rapport le plus couramment utilisé est:
— R = (charge minimale/charge maximale)
3.2.2 Fatigue cyclique en contrainte
3.2.2.1
contrainte maximale
σ
max
contrainte maximale appliquée au cours de la fatigue cyclique
3.2.2.2
contrainte minimale
σ
min
contrainte minimale appliquée au cours de la fatigue cyclique
3.2.2.3
contrainte moyenne
σ
m
contrainte moyenne appliquée au cours de la fatigue cyclique
σσ+
maxmin
Note 1 à l’article: σ =
m
3.2.2.4
amplitude de contrainte
σ
a
différence entre la déformation maximale et la déformation minimale
σσ−
maxmin
Note 1 à l’article: σ = =σσ−=−σσ
ammaxmm in
3.2.3 Fatigue cyclique en déformation
3.2.3.1
déformation maximale
ε
max
déformation maximale
...