Четырехточечное испытание на изгиб

Четырехточечное испытание на изгиб дает значения модуля упругости при изгибе. $E_{f}$ , изгибное напряжение $\sigma _{f}$ , изгибная деформация $\varepsilon _{f}$ и реакция растяжения-деформации материала на изгиб. Это испытание очень похоже на испытание на трехточечный изгиб . Основное отличие заключается в том, что при добавлении четвертой опоры часть балки между двумя точками нагрузки подвергается максимальной нагрузке, а не только материал непосредственно под центральной опорой в случае трехточечного изгиба.

Это различие имеет первостепенное значение при исследовании хрупких материалов, где количество и тяжесть дефектов, подвергающихся максимальному напряжению, напрямую связаны с прочностью на изгиб и возникновением трещин . По сравнению с испытанием на трехточечный изгиб, при четырехточечном испытании на изгиб в области между двумя нагружающими штифтами не возникает поперечных сил. ^[1] Поэтому испытание на четырехточечный изгиб особенно подходит для хрупких материалов, которые не могут выдерживать напряжения сдвига хорошо .

Это один из наиболее широко используемых приборов для характеристики усталостной и изгибной жесткости асфальтовых смесей. ^[2]

Метод тестирования

Метод проведения испытаний обычно предполагает использование специального испытательного приспособления на универсальной испытательной машине . Детали подготовки, кондиционирования и проведения теста влияют на результаты теста. Образец помещается на два опорных штифта, расположенных на заданном расстоянии друг от друга, и два нагрузочных штифта, расположенных на равном расстоянии вокруг центра. Эти две нагрузки опускают сверху с постоянной скоростью до разрушения образца.

Расчет изгибного напряжения $\sigma _{f}$

\sigma _{f}={\frac {3}{4}}{\frac {FL}{bd^{2}}}

^[3] для испытания на четырехточечный изгиб, при котором пролет нагрузки составляет 1/2 пролета опоры (прямоугольное поперечное сечение)

\sigma _{f}={\frac {FL}{bd^{2}}}

^[4] для испытания на четырехточечный изгиб, при котором пролет нагрузки составляет 1/3 пролета опоры (прямоугольное поперечное сечение)

\sigma _{f}={\frac {3}{2}}{\frac {FL}{bd^{2}}}

^[5] для испытания на трехточечный изгиб (прямоугольное сечение)

в этих формулах используются следующие параметры:

$\sigma _{f}$ = Напряжение во внешних волокнах в средней точке, ( МПа )
$F$ = нагрузка в данной точке кривой отклонения нагрузки, ( Н )
$L$ = Пролет опоры, (мм)
$b$ = Ширина испытательного луча, (мм)
$d$ = Глубина или толщина испытуемой балки, (мм)

Преимущества и недостатки

Преимущества испытаний на трехточечный и четырехточечный изгиб перед испытаниями на одноосное растяжение включают:

более простая геометрия образца
минимальная обработка образца требуется
простое тестовое приспособление
возможность использования готовых материалов ^[6]

К недостаткам относятся:

более сложное интегральное распределение напряжений по образцу

Применение различных материалов

Керамика

Керамика обычно очень хрупкая, и ее прочность на изгиб зависит как от присущей ей прочности , так и от размера и серьезности дефектов. Воздействие большого объема материала на максимальное напряжение снизит измеренную прочность на изгиб, поскольку увеличивает вероятность появления трещин, достигающих критической длины при данной приложенной нагрузке. Значения прочности на изгиб, измеренные при четырехточечном изгибе, будут значительно ниже, чем при трехточечном изгибе. ^[7] По сравнению с испытанием на трехточечный изгиб этот метод более пригоден для оценки прочности образцов стыковых соединений. Преимущество испытания на четырехточечный изгиб заключается в том, что большая часть образца между двумя внутренними нагружающими штифтами подвергается постоянному изгибающему моменту, и, следовательно, позиционирование области соединения является более повторяемым. ^[8]

Композитные материалы

Пластмассы

Стандарты

ASTM C1161: Стандартный метод испытаний прочности на изгиб усовершенствованной керамики при температуре окружающей среды
ASTM D6272: Стандартный метод испытания свойств на изгиб неармированных и армированных пластмасс и электроизоляционных материалов путем четырехточечного изгиба
ASTM C393: Стандартный метод испытаний свойств сдвига сердечника сэндвич-конструкций при изгибе балки
ASTM D7249: Стандартный метод испытаний облицовочных свойств сэндвич-конструкций при изгибе длинной балки
ASTM D7250: Стандартная практика определения жесткости на изгиб и сдвиг сэндвич-балки

См. также

Ссылки

^ техническая наука (13 июля 2018 г.). «Испытание на изгиб» . техническая наука . Проверено 9 ноября 2019 г.
^ Пайс и Харви (редакторы) (2012). Четырехточечный изгиб . Группа Тейлор и Фрэнсис. ISBN 978-0-415-64331-3 .
^ АСТМ C1161
^ АСТМ D6272
^ АСТМ C1161
^ Дэвис, Джозеф Р. (2004). Испытание на растяжение (2-е изд.). АСМ Интернешнл. ISBN 978-0-87170-806-9 .
^ ASTM C1161-13, раздел 4: http://www.astm.org/Standards/C1161.htm
^ Хасанабади, М. Факури; Фагихи-Сани, Массачусетс; Кокаби, Ах; Гросс-Барсник, С.М.; Мальцбендер, Дж. (сентябрь 2018 г.). «Прочность на изгиб стабильного твердооксидного топлива / уплотнительного материала электролизера при комнатной и высокой температуре». Керамика Интернешнл . 45 : 733–739. doi : 10.1016/j.ceramint.2018.09.236 . ISSN 0272-8842 . S2CID 139543143 .

Внешние ссылки

ASTM C1161 : Стандартный метод испытаний прочности на изгиб усовершенствованной керамики при температуре окружающей среды
ASTM D6272 : Стандартный метод испытания свойств на изгиб неармированных и армированных пластмасс и электроизоляционных материалов путем четырехточечного изгиба.
ASTM C393 : Стандартный метод испытания свойств сдвига сердечника сэндвич-конструкций при изгибе балки
ASTM D7249 : Стандартный метод испытаний облицовочных свойств сэндвич-конструкций при изгибе длинной балки
ASTM D7250 : Стандартная практика определения жесткости на изгиб и сдвиг сэндвич-балки
ASTM C78 : Стандартный метод испытаний бетона на прочность на изгиб (с использованием простой балки с нагрузкой в третьей точке)

[1] техническая наука (13 июля 2018 г.). «Испытание на изгиб» . техническая наука . Проверено 9 ноября 2019 г.

[pais1-2] Пайс и Харви (редакторы) (2012). Четырехточечный изгиб . Группа Тейлор и Фрэнсис. ISBN 978-0-415-64331-3 .

[3] АСТМ C1161

[4] АСТМ D6272

[5] АСТМ C1161

[davis1-6] Дэвис, Джозеф Р. (2004). Испытание на растяжение (2-е изд.). АСМ Интернешнл. ISBN 978-0-87170-806-9 .

[7] ASTM C1161-13, раздел 4: http://www.astm.org/Standards/C1161.htm

[8] Хасанабади, М. Факури; Фагихи-Сани, Массачусетс; Кокаби, Ах; Гросс-Барсник, С.М.; Мальцбендер, Дж. (сентябрь 2018 г.). «Прочность на изгиб стабильного твердооксидного топлива / уплотнительного материала электролизера при комнатной и высокой температуре». Керамика Интернешнл . 45 : 733–739. doi : 10.1016/j.ceramint.2018.09.236 . ISSN 0272-8842 . S2CID 139543143 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]