Испытание на трехточечный изгиб

Машина для испытаний на изгиб, 1940-е годы, работающая с образцом бетона

Испытательное приспособление на универсальной испытательной машине для испытания на трехточечный изгиб

Испытание на трехточечный изгиб и изгиб дает значения модуля упругости.при изгибе $E_{f}$, изгибное напряжение $\sigma _{f}$, изгибная деформация $\epsilon _{f}$ и реакция напряжения-деформации материала на изгиб. Это испытание проводят на универсальной испытательной машине (машине для испытания на растяжение или тестере на растяжение) с приспособлением для трехточечного или четырехточечного изгиба. Основным преимуществом испытания на трехточечный изгиб является простота подготовки и испытания образца. Однако этот метод имеет и некоторые недостатки: результаты метода испытаний чувствительны к геометрии образца, нагружения и скорости деформации.

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 на заданном расстоянии друг от друга.

Расчет изгибного напряжения $\sigma _{f}$

$\sigma _{f}={\frac {3FL}{2bd^{2}}}$ для прямоугольного сечения

$\sigma _{f}={\frac {FL}{\pi R^{3}}}$ для круглого сечения

Расчет изгибной деформации $\epsilon _{f}$

$\epsilon _{f}={\frac {6Dd}{L^{2}}}$

Расчет модуля изгиба $E_{f}$

$E_{f}={\frac {L^{3}m}{4bd^{3}}}$

в этих формулах используются следующие параметры:

• $\sigma _{f}$ = Модуль разрыва, напряжение, необходимое для разрушения образца ( МПа )
• $\epsilon _{f}$ = Деформация внешней поверхности, (мм/мм)
• $E_{f}$ = модуль упругости при изгибе, (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)
• $D$ = максимальное отклонение центра балки, (мм)
• $m$ = Градиент (т. е. наклон) начального прямолинейного участка кривой отклонения нагрузки, (Н/мм)

• $R$ = Радиус балки, (мм)

Испытание на трещиностойкость

с односторонним надрезом Образец для изгиба (также называемый образцом для трехточечного изгиба) для испытаний на вязкость разрушения.

Вязкость разрушения образца также можно определить с помощью испытания на трехточечный изгиб. Коэффициент интенсивности напряжений на вершине трещины образца, изгибаемого с одним кромочным надрезом , равен

${\begin{aligned}K_{\rm {I}}&={\frac {4P}{B}}{\sqrt {\frac {\pi }{W}}}\left[1.6\left({\frac {a}{W}}\right)^{1/2}-2.6\left({\frac {a}{W}}\right)^{3/2}+12.3\left({\frac {a}{W}}\right)^{5/2}\right.\\&\qquad \left.-21.2\left({\frac {a}{W}}\right)^{7/2}+21.8\left({\frac {a}{W}}\right)^{9/2}\right]\end{aligned}}$

где $P$ приложенная нагрузка, $B$ - толщина образца, $a$ длина трещины, а $W$ – ширина образца. При испытании на трехточечный изгиб на кончике надреза в результате циклической нагрузки образуется усталостная трещина. Измеряется длина трещины. Затем образец нагружается монотонно. График зависимости нагрузки от смещения раскрытия трещины используется для определения нагрузки, при которой трещина начинает расти. Эту нагрузку подставляют в приведенную выше формулу, чтобы найти вязкость разрушения. $K_{Ic}$.

ASTM D5045-14 и E1290-08 Стандарты предполагают соотношение

$K_{\rm {I}}={\cfrac {6P}{BW}}\,a^{1/2}\,Y$

где

$Y={\cfrac {1.99-a/W\,(1-a/W)(2.15-3.93a/W+2.7(a/W)^{2})}{(1+2a/W)(1-a/W)^{3/2}}}\,.$

Прогнозируемые значения $K_{\rm {I}}$ практически идентичны для уравнений ASTM и Бауэра для длин трещин менее 0,6. $W$.

Стандарты

• ISO 12135: Металлические материалы. Унифицированный метод определения квазистатической вязкости разрушения.
• ISO 12737: Металлические материалы. Определение вязкости разрушения при плоской деформации.
• ISO 178: Пластмассы. Определение свойств при изгибе.
• ASTM C293: Стандартный метод испытания прочности бетона на изгиб (с использованием простой балки с нагрузкой в ​​центральной точке).
• ASTM D790: Стандартные методы испытаний свойств на изгиб неармированных и армированных пластмасс и электроизоляционных материалов.
• ASTM E1290: Стандартный метод испытаний для измерения вязкости разрушения вершины трещины (CTOD).
• ASTM D7264: Стандартный метод испытаний свойств на изгиб композиционных материалов с полимерной матрицей.
• ASTM D5045: Стандартные методы испытаний вязкости разрушения при плоской деформации и скорости выделения энергии деформации пластиковых материалов.

См. также

• Изгиб – деформация, вызванная внешней нагрузкой.
• Теория балок Эйлера – Бернулли - Метод расчета нагрузок в строительстве
• Прочность на изгиб – Свойство материала
• Четырехточечное испытание на изгиб . Механическое испытание материалов.
• Список вторых моментов площади
• Второй момент области – Математическая конструкция в технике