彎曲強(qiáng)度測(cè)試怎么測(cè)量？

什么是彎曲測(cè)試？

彎曲試驗(yàn)(彎曲拉伸試驗(yàn))是一種測(cè)試材料彎曲強(qiáng)度和其他重要性能的方法，破壞性材料測(cè)試用于塑料、纖維增強(qiáng)塑料 (FRP)、金屬和陶瓷材料。彎曲測(cè)試的順序相似。

根據(jù)壓力點(diǎn)的數(shù)量和試樣的支撐，區(qū)分以下各項(xiàng)：

1點(diǎn)彎曲試驗(yàn)

3點(diǎn)彎曲試驗(yàn)

4點(diǎn)彎曲試驗(yàn)

使用彎曲測(cè)試方法測(cè)試的材料從金屬、塑料、木材、層壓板、刨花板、干墻、瓷磚到玻璃不等。彎曲測(cè)試因被測(cè)產(chǎn)品而異。

有多種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，主要基于被測(cè)樣品材料，彎曲測(cè)試通常涉及測(cè)量樣品材料的延展性。彎曲測(cè)試可能涉及將樣品材料帶到特定極限并確定負(fù)載測(cè)量及其與負(fù)載規(guī)范的關(guān)系(通過/失敗)。或者，它可能涉及彎曲材料直到材料經(jīng)歷斷裂，并確定啟動(dòng)斷裂極限所需的載荷和撓度。

彎曲強(qiáng)度測(cè)試怎么測(cè)量？

在彎曲試驗(yàn)中，標(biāo)準(zhǔn)化的大部分為圓柱形的試樣被放置在檢具的中心。圓形支撐滾輪(軸承)以一定距離(支撐寬度)相互平行排列。圓柱形試樣的直徑與軸承的支撐寬度成正比。測(cè)試沖頭以恒定速度緩慢向下移動(dòng)，以增加的力加載樣品，直到它斷裂或達(dá)到先前確定的變形。彎曲試驗(yàn)過程中施加的最大載荷稱為斷裂力。

在測(cè)試期間，記錄彎曲力和撓度的值。然后確定材料特性。整個(gè)測(cè)試序列顯示在應(yīng)力-應(yīng)變曲線中，也可以用攝像機(jī)記錄下來(lái)。進(jìn)行彎曲測(cè)試是為了從單軸彎曲應(yīng)力中獲取有關(guān)被測(cè)材料彎曲行為的信息。在脆性材料的情況下，以這種方式確定彎曲強(qiáng)度。對(duì)于延展性材料，在彈性變形的情況下，確定極限屈服點(diǎn)、最大可能彎曲角以及楊氏模量。

在使用彎曲測(cè)試進(jìn)行材料測(cè)試期間，配備高分辨率相機(jī)的現(xiàn)代光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)可提供測(cè)試樣品的精確圖像。對(duì)于平面樣品的記錄，通常配備單個(gè)攝像頭的設(shè)備就足夠了。使用兩個(gè)相機(jī)可以準(zhǔn)確測(cè)量更復(fù)雜的樣品幾何形狀。材料測(cè)試儀首先將隨機(jī)點(diǎn)圖案應(yīng)用于樣品或使用現(xiàn)有的表面結(jié)構(gòu)。

光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)使用圖像相關(guān)算法：在高分辨率圖像中，它們識(shí)別由彎曲測(cè)試引起的變形，然后使用點(diǎn)陣圖形的像素坐標(biāo)計(jì)算變形。

什么是彎曲應(yīng)力？

在彎曲試驗(yàn)中，彎曲應(yīng)力在試樣中心最大(最大撓度)，此時(shí)，始終存在最大彎矩。從中心壓力點(diǎn)開始，彎矩朝著軸承的兩個(gè)方向線性減小。材料在其內(nèi)側(cè)承受壓力，在其外側(cè)承受張力。在試樣的外層纖維中，彎曲應(yīng)力(拉應(yīng)力和壓應(yīng)力)最大，向內(nèi)向中性纖維方向減小。這也稱為不均勻應(yīng)力分布。

如果在彎曲試驗(yàn)期間通過抬高試驗(yàn)沖頭來(lái)釋放部分塑性變形的試樣，則只有材料中存在的內(nèi)應(yīng)力(殘余應(yīng)力)和產(chǎn)生的扭矩仍然有效。

彎曲試驗(yàn)的類型：

使用彎曲試驗(yàn)測(cè)試材料時(shí)，根據(jù)壓力點(diǎn)的數(shù)量和試樣支撐的類型，會(huì)區(qū)分 1 點(diǎn)、3 點(diǎn)和 4 點(diǎn)彎曲試驗(yàn)。

1點(diǎn)彎曲試驗(yàn)

使用 1 點(diǎn)彎曲裝置時(shí)的彎曲試驗(yàn)程序如下：試樣的一端被夾住，其暴露的一側(cè)裝有試驗(yàn)沖頭。接著，計(jì)算彎曲模量。彎曲模量或彎曲彈性模量是屈服點(diǎn)內(nèi)最大纖維應(yīng)力與最大應(yīng)變的比值。

3點(diǎn)彎曲試驗(yàn)

3 點(diǎn)彎曲測(cè)試之所以得名，是因?yàn)樵摐y(cè)試設(shè)置中有三個(gè)壓力點(diǎn)：兩個(gè)支撐和一個(gè)中心加載的測(cè)試沖頭。樣品橫向放置在支架上并在側(cè)面突出。三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)是最常進(jìn)行的彎曲試驗(yàn)。然而，它的缺點(diǎn)是除了施加的壓縮力和拉力外，橫向力在材料中也很有效。由于這個(gè)缺點(diǎn)，當(dāng)時(shí)就發(fā)展了4點(diǎn)彎曲試驗(yàn)。

如果以圖形方式表示發(fā)生的彎矩，則 3 點(diǎn)彎曲測(cè)試形成一個(gè)三角形，其尖端對(duì)應(yīng)于上部中心壓力點(diǎn)。DIN EN ISO 178 強(qiáng)制使用 3 點(diǎn)和 4 點(diǎn)檢查夾具來(lái)確定彎曲性能和彈性模量(楊氏模量)。

4點(diǎn)彎曲試驗(yàn)

在四點(diǎn)彎曲測(cè)試中，檢具與三點(diǎn)彎曲測(cè)試的不同之處僅在于其測(cè)試沖頭。代替在中心施加力的單沖頭，使用雙沖頭。在兩個(gè)上壓力點(diǎn)之間的區(qū)域中存在恒定的彎矩。該區(qū)域不產(chǎn)生橫向力。4 點(diǎn)彎曲試驗(yàn)中彎矩的圖形表示為梯形。

彎曲測(cè)試對(duì)纖維增強(qiáng)塑料實(shí)現(xiàn)了更準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。但是，所使用的檢具操作起來(lái)更復(fù)雜，購(gòu)買成本也更高。根據(jù) DIN EN ISO 14125，3 點(diǎn)和 4 點(diǎn)彎曲測(cè)試裝置也可用于這些材料。它們會(huì)導(dǎo)致樣本破裂。由于會(huì)出現(xiàn)進(jìn)一步的應(yīng)力和幾何效應(yīng)，特別是在由于摩擦和赫茲應(yīng)力引起的較大變形時(shí)，彎曲應(yīng)力和邊緣纖維應(yīng)變也必須在這些檢查夾具中進(jìn)行校正。

結(jié)論

彎曲測(cè)試使用標(biāo)準(zhǔn)化樣品和三個(gè)或四個(gè)壓力點(diǎn)(3 點(diǎn)、4 點(diǎn)彎曲測(cè)試)進(jìn)行。它們要么導(dǎo)致試樣破壞，要么導(dǎo)致其塑性變形(僅適用于韌性材料)。最新一代的光學(xué)計(jì)量提供比傳統(tǒng)測(cè)量程序更準(zhǔn)確的結(jié)果。