ISO 21347:2005
(Main)Space systems — Fracture and damage control
Space systems — Fracture and damage control
ISO 21347:2005 establishes general requirements for the application of fracture control technology to fracture critical items (FCIs) fabricated by metallic, non-metallic or composite materials. It also establishes mechanical damage control requirements for mechanical damage critical items (MDCIs) fabricated by composite materials. These requirements, when implemented on a particular space system, may assure a high level of confidence in achieving safe operation and mission success. The requirements set forth in ISO 21347:2005 are the minimum fracture control and mechanical damage control requirements for FCIs and MDCIs in general space systems, including launch vehicles and spacecraft. With necessary modifications, these requirements may also be applicable to reusable launch vehicles (RLVs). ISO 21347:2005 is not applicable to the NASA Space Shuttle and its payloads or the International Space Station and its equipment since they already have a set of specific requirements suitable for their special applications. ISO 21347:2005 is not applicable in processing detected defects.
Systèmes spatiaux — Maîtrise des fissurations et des dommages
L'ISO 21347:2005 définit des exigences générales pour appliquer la maîtrise des fissurations aux éléments critiques en fissuration (FCI) de fabrication métallique, non métallique ou composite. Elle définit également des exigences de maîtrise des dommages mécaniques pour des éléments critiques (MDCI) en matériaux composites. Ces exigences, une fois prises en compte sur un système spatial donné, peuvent assurer un haut degré de confiance en termes de sécurité de fonctionnement et de réussite de la mission. Les exigences exposées dans la présente Norme internationale sont les exigences minimales de maîtrise des fissurations et des dommages pour les FCI et MDCI dans les systèmes spatiaux généraux, y compris les lanceurs et les spationefs. Sous réserve des modifications qui s'imposent, ces exigences valent également pour les lanceurs réutilisables (RLV). La présente Norme internationale n'est applicable ni à la Navette et à ses charges utiles, ni à l'ISS et équipements associés, l'une et l'autre faisant l'objet d'exigences propres à leurs applications spécifiques. La présente Norme internationale n'est pas applicable au traitement des défauts détectés.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 21347
First edition
2005-05-01
Space systems — Fracture and damage
control
Systèmes spatiaux — Maîtrise des fissurations et des dommages
Reference number
©
ISO 2005
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Contents Page
Foreword. iv
Introduction . v
1 Scope .1
2 Normative references .1
3 Terms and definitions .1
4 Symbols and abbreviated terms .6
5 Fracture and mechanical damage control requirements.7
5.1 Fracture control requirements .7
5.2 Mechanical damage control requirements.10
5.3 Non-destructive evaluation (NDE).11
5.4 Other special requirements .12
Annex A (informative) Fracture control implementation guidelines.14
Annex B (informative) Guidelines for mechanical damage control of COPV.19
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 21347 was prepared by Technical Committee ISO/TC 20, Aircraft and space vehicles, Subcommittee
SC 14, Space systems and operations.
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Introduction
To prevent premature structural failure due to the propagation of cracks or crack-like defects during a
structure’s service life, fracture control policy is being imposed on space systems. These systems include civil
and military space vehicles, launch systems, and their related ground support equipment. For manned space
flight systems, most procurement agencies consider fracture control a mandatory human safety related
requirement. For example, the National Aeronautics and Space Administration (NASA) and the European
Space Agency (ESA) require fracture control for all payloads using the NASA Space Shuttle (Shuttle) and all
equipment items installed on the International Space Station (ISS). These systems have established specific
fracture control requirements. These requirements are being implemented on all the payloads and equipment
items using the Shuttle and ISS.
Recently, many procurement agencies and range safety authorities have imposed fracture control
requirements on critical hardware items such as main propellant tanks of expendable launch vehicles (ELVs)
and high-pressure gas bottles used in unmanned spacecraft in order to prevent loss of life and/or launch site
facilities. Mechanical damage control is also being required by many range safety authorities on impact
damage prone composite-overwrapped pressure vessels (COPVs). This International Standard provides
uniform fracture and mechanical damage control requirements to the non-Shuttle and non-ISS hardware. It
can be applied to safety and mission critical structures and other hardware items.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 21347:2005(E)
Space systems — Fracture and damage control
1 Scope
This International Standard establishes general requirements for the application of fracture control technology
to fracture-critical items (FCIs) fabricated from metallic, non-metallic or composite materials. It also
establishes mechanical damage control requirements for mechanical-damage-critical items (MDCIs)
fabricated from composite materials. These requirements, when implemented on a particular space system,
can assure a high level of confidence in achieving safe operation and mission success.
The requirements set forth in this International Standard are the minimum fracture control and mechanical
damage control requirements for FCIs and MDCIs in general space systems, including launch vehicles and
spacecraft. With necessary modifications, these requirements may also be applicable to reusable launch
vehicles (RLVs). This International Standard is not applicable to the Shuttle and its payloads or the ISS and its
equipment, since they already have a set of specific requirements suitable for their special applications.
This International Standard is not applicable to processing detected defects.
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 14623:2003, Space systems — Pressure vessels and pressurized structures — Design and operation
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
burst strength after impact
BAI
actual burst pressure of a pressure vessel after it has been subjected to an impact event
3.2
catastrophic hazard
potential risk situation that can result in loss of life, life-threatening or permanently disabling injury,
occupational illness, loss of an element of an interfacing manned flight system, loss of launch site facilities, or
long-term detriment to the environment
3.3
composite material
combination of materials which differ in composition or form on a macro scale
NOTE The constituents may retain their identities in the composite. Normally, the constituents can be physically
identified, and there is an interface between them. A bonded structure such as metallic honeycomb sandwich is not
considered as a composite structure in this International Standard.
3.4
composite-overwrapped pressure vessel
COPV
pressure vessel with a fibre-based composite system fully or partially encapsulating a liner
NOTE 1 The COPV containing a metallic liner is referred to as a metal-lined COPV while the COPV containing a
nonmetallic liner is referred to as a nonmetal-lined COPV.
NOTE 2 The liner serves as a fluid permeation barrier and may or may not carry substantial pressure and external
loads. The composite overwraps generally carry pressure and environmental loads.
3.5
critical flaw
specific shape of flaw with sufficient size such that unstable growth will occur under the specific operating load
and environment
3.6
critical hazard
potential risk situation that can result in temporarily disabling but not life-threatening injury, or temporary
occupational illness; loss of, or major damage to, flight systems, major flight system elements or ground
facilities; loss of, or major damage to, public or private property, or short-term detrimental environmental
effects
3.7
damage tolerance
ability of a material/structure to resist failure due to the presence of flaws for a specified period of unrepaired
usage
3.8
damage tolerance threshold strain level
strain level below which no crack or damage propagation will occur when subjected to expected load or
environmental conditions
3.9
design safety factor
design factor of safety
factor of safety
multiplying factor to be applied to the limit load and/or maximum expected operating pressure (MEOP), or
maximum design pressure (MDP), for the purpose of analytical assessment and/or test verification of
structural adequacy
EXAMPLE The design burst factor applied to the MEOP is the required design burst pressure for analysis or test.
3.10
fail-safe structure
structural item for which it can be shown by analysis or test that, as a result of structural redundancy, the
structure remaining after the failure of any element of the structural item can sustain the redistributed limit
loads with an ultimate safety factor of 1,0
NOTE It also can be shown that the structural item can withstand the fatigue loads for all the mission life for
multi-mission applications.
3.11
flaw
local discontinuity in a structural material
EXAMPLES Crack, delamination or debonding.
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3.12
fracture control
application of design philosophy, analysis method, manufacturing technology, verification methodology, quality
assurance, and operating procedures to prevent premature structural failure caused by the propagation of
cracks or crack-like flaws during fabrication, testing, transportation, handling and service
3.13
fracture-limited life item
any hardware item that requires periodic re-inspection or replacement to comply with damage tolerance
requirements
3.14
fracture mechanics
engineering discipline that describes the behaviour of cracks or crack-like flaws in materials under stress
3.15
impact damage indicator
means for indicating the occurrence of an impact event
3.16
impact damage protector
physical device which can be used to prevent impact damage
3.17
initial flaw size
maximum flaw size, as defined by non-destructive evaluation (NDE), that is assumed to exist for the purpose
of performing a damage tolerance (safe-life) analysis or testing
3.18
leak-before-burst
LBB
design concept which shows that, at maximum expected operating pressure (MEOP), potentially critical flaws
will grow through the wall of a metallic pressurized hardware item or the metal liner of a composite-
overwrapped pressure vessel (COPV) and cause pressure-relieving leakage rather than burst or rupture
(catastrophic failure)
3.19
limit load
maximum expected external load or combination of loads that a structure can experience during the
performance of specified missions in specified environments
NOTE When a statistical estimate is applicable, the limit load is that load not expected to be exceeded at 99 %
probability with 90 % confidence.
3.20
maximum design pressure
MDP
highest pressure, as defined by maximum relief pressure, maximum regulator pressure and/or maximum
temperature, including transient pressures, at which a pressure vessel retains two-fault tolerance without
failure
3.21
maximum expected operating pressure
MEOP
highest differential pressure which a pressurized hardware item is expected to experience during its service
life and retain its functionality, in association with its applicable operating environments
3.22
mechanical damage
induced flaw in the composite hardware item that is caused by surface abrasions, cuts or impacts
3.23
mechanical damage control
use of mechanical damage protection and/or indication system and appropriate inspection procedure to
assure that no mechanical damage has been induced on a composite hardware item or if it has, the residual
strength of the item still meets the minimum design ultimate load/pressure requirements for the required life
3.24
metal-lined COPV
composite-overwrapped pressure vessel which has a metallic lin
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 21347
Première édition
2005-05-01
Systèmes spatiaux — Maîtrise des
fissurations et des dommages
Space systems — Fracture and damage control
Numéro de référence
©
ISO 2005
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Publié en Suisse
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Sommaire Page
Avant-propos. iv
Introduction . v
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives. 1
3 Termes et définitions. 1
4 Symboles et termes abrégés . 6
5 Exigences pour la maîtrise des fissurations et des dommages mécaniques . 7
5.1 Exigences pour la maîtrise des fissurations. 7
5.2 Exigences pour la maîtrise des dommages mécaniques . 10
5.3 Évaluation non destructive (NDE) . 12
5.4 Autres exigences particulières. 12
Annexe A (informative) Instructions pour la mise en œuvre de la maîtrise des fissurations . 14
Annexe B (informative) Instructions pour la maîtrise des dommages mécaniques sur COPV. 19
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 21347 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 20, Aéronautique et espace, sous-comité SC 14,
Systèmes spatiaux, développement et mise en œuvre.
iv © ISO 2005 – Tous droits réservés
Introduction
Pour prévenir une défaillance structurale prématurée due à la propagation de criques ou défauts assimilés, au
cours de la vie en service d'une structure, une politique de maîtrise des fissurations s'impose pour les
systèmes spatiaux. Ceux-ci comprennent des véhicules civils et militaires, des lanceurs, ainsi que leurs
matériels associés de soutien au sol. Pour les systèmes de vol spatial habités, la plupart des donneurs
d'ordre considèrent comme impérative pour la sécurité humaine la maîtrise des fissurations. C'est le cas de la
NASA (National Aeronautics and Space Administration) et de l'ESA (European Space Agency), qui exigent la
maîtrise des fissurations pour les charges utiles emportées par la navette spatiale de la NASA («la Navette»)
et les équipements installés dans la station spatiale internationale («l'ISS»). Elles ont défini des exigences de
maîtrise des fissurations spécifiques à ces systèmes, en cours d'application sur toutes les charges utiles et
tous les équipements utilisant la Navette et l'ISS.
Récemment, pour prévenir les pertes humaines et/ou d'installations sur les sites de lancement, nombre
d'agences et d'autorités de sécurité sur sites ont imposé à des matériels critiques, tels que réservoirs de
propergol principaux de lanceurs consommables (ELV) ou bouteilles de gaz haute pression des satellites non
habités, des exigences de maîtrise des fissurations. À l'heure actuelle, de nombreuses autorités de sécurité
sur sites imposent également la maîtrise des dommages mécaniques à des réservoirs sous pression à
surbobinage composite (COPV) réputés sujets à dommages par impact. La présente Norme internationale
spécifie des exigences uniformes de maîtrise des fissurations et dommages mécaniques pour les matériels
non Navette et non ISS. Elle peut être appliquée aux structures et autres matériels critiques pour la sécurité
ou la mission.
NORME INTERNATIONALE ISO 21347:2005(F)
Systèmes spatiaux — Maîtrise des fissurations et des
dommages
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale définit des exigences générales pour appliquer la maîtrise des fissurations
aux éléments critiques en fissuration (FCI) de fabrication métallique, non métallique ou composite. Elle définit
également des exigences de maîtrise des dommages mécaniques pour des éléments critiques (MDCI) en
matériaux composites. Ces exigences, une fois prises en compte sur un système spatial donné, peuvent
assurer un haut degré de confiance en termes de sécurité en utilisation et de réussite de la mission.
Les exigences exposées dans la présente Norme internationale sont les exigences minimales de maîtrise des
fissurations et des dommages pour les FCI et MDCI dans les systèmes spatiaux généraux, y compris les
lanceurs et les spationefs. Sous réserve des modifications qui s'imposent, ces exigences valent également
pour les lanceurs réutilisables (RLV). La présente Norme internationale n'est applicable ni à la Navette et à
ses charges utiles, ni à l'ISS ni aux équipements associés, l'une et l'autre faisant l'objet d'exigences propres à
leurs applications spécifiques.
La présente Norme internationale n'est pas applicable au traitement des défauts détectés.
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 14623-2003, Systèmes spatiaux — Réservoirs et structures sous pression — Conception et
fonctionnement
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
3.1
résistance à l'éclatement après impact
BAI
pression d'éclatement effective d'un réservoir sous pression, après qu'il a subi un impact
3.2
risque catastrophique
situation de risque potentiel pouvant conduire à perte humaine, blessure mettant la vie en danger ou
conduisant à une invalidité permanente, maladie professionnelle, perte d'un élément d'un système de vol
habité en interface, perte d'installations du site de lancement, ou atteinte à long terme à l'environnement
3.3
matériau composite
combinaison de matériaux de composition ou de forme différente à l'échelle macroscopique
NOTE Les constituants peuvent conserver leurs identités au sein du composite. En principe, il est possible d'identifier
les constituants physiquement et ils ont entre eux une interface. Dans ce document, une structure collée telle que
panneau sandwich en nid d'abeilles métallique n'est pas considérée comme une structure composite.
3.4
réservoir sous pression à surbobinage composite
COPV
réservoir sous pression présentant un système composite à base de fibres qui englobe partiellement ou
totalement un liner
NOTE 1 Le COPV contenant un liner métallique est appelé COPV muni d'un liner métallique, alors que le COPV
contenant un liner non métallique est appelé COPV muni d'un liner non métallique.
NOTE 2 Le liner sert de barrière d'étanchéité aux fluides et peut, ou ne peut pas, supporter des charges de pression
substantielles. Le surbobinage composite supporte généralement les pressions ou les charges environnementales.
3.5
crique critique
forme précise de crique, suffisamment grande pour qu'une propagation instable se produise en fonction d'une
charge et d'un environnement précis
3.6
risque critique
situation de risque potentiel pouvant amener une invalidité temporaire par blessure sans danger vital, une
maladie professionnelle temporaire, la perte ou l'endommagement majeur de systèmes de vol, de leurs
éléments majeurs ou installations au sol, ou de biens publics ou privés, ou encore des atteintes à court terme
à l'environnement
3.7
tolérance aux dommages
capacité d'un matériau ou d'une structure à résister à une défaillance causée par des défauts, pendant une
période précise d'utilisation sans réparation
3.8
seuil de déformation en tolérance aux dommages
niveau de déformation en dessous duquel aucune crique ou aucun dommage ne va se propager dans les
conditions de charge ou les conditions environnementales prévues
3.9
facteur de sécurité de calcul
facteur de sécurité
facteur multiplicatif à appliquer à la charge limite et/ou à la MEOP (ou MDP) pour l'évaluation analytique et/ou
la vérification par essais de la conformité structurale
EXEMPLE Le facteur de sécurité à l'éclatement appliqué à la MEOP est la pression d'éclatement requise pour
l'analyse ou l'essai.
3.10
structure à sécurité intégrée
élément structural pour lequel on peut démontrer, par analyse ou essai, qu'en raison de la redondance
structurale, la structure subsistant après défaillance de l'un quelconque des constituants de l'élément peut
résister aux charges limites redistribuées avec un facteur de sécurité extrême égal à 1,0
NOTE Il est également possible de démontrer que l'élément structural peut résister aux charges de fatigue pendant
toute la durée de la mission dans le cadre des applications multimissions.
2 © ISO 2005 – Tous droits réservés
3.11
défaut
discontinuité locale dans un matériau structural
EXEMPLES Crique, délaminage ou décollement.
3.12
maîtrise des fissurations
utilisation d'une philosophie de conception, d'une méthode d'analyse, d'une méthodologie de fabrication,
d'une méthodologie de vérification, d'une assurance de la qualité, et de procédures d'utilisation visant à
prévenir les défaillances structurales prématurées causées par la propagation de criques, ou de défauts
assimilés à des criques, pendant les étapes de fabrication, d'essai, de transport, de manutention et
d'utilisation
3.13
élément à vie limitée en fissuration
tout matériel nécessitant réinspection ou remplacement périodique pour satisfaire aux exigences de tolérance
aux dommages
3.14
mécanique de la rupture
discipline d'ingénierie qui décrit l'évolution des criques ou défauts assimilés à des criques dans les matériaux
sous contrainte
3.15
détecteur de dommages d'impact
dispositif signalant la survenue d'un événement de type impact
3.16
protecteur des dommages par impact
dispositif physique pouvant être utilisé afin de prévenir les dommages par impact
3.17
taille initiale de défaut
taille maximale de défaut, définie par évaluation non destructive (NDE), prise comme hypothèse initiale pour
analyse ou essais de tolérance aux dommages (durée de vie assurée)
3.18
fuite avant éclatement
LBB
principe de conception qui démontre qu'à la MEOP, les défauts critiques potentiels vont traverser la paroi d'un
matériel métallique sous pression ou le liner métallique d'un COPV et engendrer des fuites significatives
réductrices de pression, sans éclatement ou rupture (défaillance catastrophique)
3.19
charge limite
charge ou ensemble de charges les plus grandes prévues qu'une structure peut subir au cours de la
réalisati
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.