三点弯曲试验
外观
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/60/Trois-points-p1040189.jpg/220px-Trois-points-p1040189.jpg)
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d9/Three_point_flexural_test.jpg/220px-Three_point_flexural_test.jpg)
三点弯曲试验可测弯曲弹性模量、弯曲应力、弯曲应变以及材料的弯曲应力-应变响应状态。 试验可进行在配备有三点或四点弯曲夹具的万能试验机(拉力试验机或拉伸试验机)上。 三点弯曲测试优点在于样品易于制备和测试,其缺点在于测试方法对试样和加载几何形状以及应变率较为敏感。
测试方法
[编辑]通常用万能试验机上指定的测试夹具进行测试。 测试准备、调节和实践细节会影响测试结果。 样本放置于两个相距一定距离的支撑销上。
弯曲应力的计算方法:
- 对于矩形横截面的样品:
- 对于圆形横截面的样品:[1]
弯曲应变的计算方法:
其中:
- :断裂模量,表示使样品断裂所需的应力,(MPa)
- :外表面应变,(mm/mm)
- :弯曲弹性模量,(MPa)
- :载重挠度曲线上给定点的载重,(N)
- :支撑跨度,(mm)
- :测试梁宽度,(mm)
- :被测梁的深度或厚度,(mm)
- :梁中心的最大挠度,(mm)
- :载重挠度曲线初始直线部分的斜率,(N/mm)
- :横梁半径,(mm)
断裂韧性测试
[编辑]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/0c/SingleEdgeNotchBending.svg/300px-SingleEdgeNotchBending.svg.png)
样品的断裂韧性可用三点弯曲试验确定,单边缺口弯曲试样裂纹尖端的应力强度因子为:[3]
其中,是施加的载荷,是试样厚度,是裂纹长度,是试样宽度。 在三点弯曲试验中,循环负荷会在缺口尖端产生疲劳裂缝。 测量裂纹的长度。 然后放好试样,载荷与裂纹蔓延位移的关系图可用于确定裂纹开始扩展时的载重。 将此载重代入上述公式即可求出断裂韧性。
ASTM D5045-14[4]和E1290-08[5]标准中的关系为:
其中
裂纹长度小于0.6时,ASTM和Bower方程对的预测值几乎相同。
标准
[编辑]- ISO 12135:金属材料。 确定准静态断裂韧性的统一方法。
- ISO 12737:金属材料。 平面应变断裂韧性的测定。
- ISO 178:塑胶-弯曲性能的测定。
- ASTM C293:混凝土抗弯强度的标准试验方法(使用中心点载重的简单梁)。
- ASTM D790:非增强和增强塑胶和电绝缘材料弯曲性能的标准测试方法。
- ASTM E1290:裂纹尖端张开位移 (CTOD) 断裂韧性测量的标准测试方法。
- ASTM D7264:聚合物基复合材料弯曲性能的标准测试方法。
- ASTM D5045:塑胶材质平面应变断裂韧性与应变能量释放率的标准测试方法。
相关
[编辑]- Bending
- Euler–Bernoulli beam theory
- Flexural strength
- Four-point flexural test
- List of second moments of area
- Second moment of area
参考
[编辑]- ^ Chapter 4 Mechanical Properties of Biomaterials. New Jersey, United States: Pearson Prentice Hall. 2008: 152.
- ^ Zweben, C., W. S. Smith, and M. W. Wardle, Test methods for fiber tensile strength, composite flexural modulus, and properties of fabric-reinforced laminates, Composite Materials: Testing and Design (Fifth Conference) (ASTM International), 1979, ISBN 978-0-8031-4495-8, doi:10.1520/STP36912S
- ^ Bower, A. F. Applied mechanics of solids. CRC Press. 2009.
- ^ ASTM D5045-14: Standard Test Methods for Plane-Strain Fracture Toughness and Strain Energy Release Rate of Plastic Materials, West Conshohocken, PA: ASTM International, 2014
- ^ E1290: Standard Test Method for Crack-Tip Opening Displacement (CTOD) Fracture Toughness Measurement, West Conshohocken, PA: ASTM International, 2008