弯曲强度测试怎么测量？

什么是弯曲测试？

弯曲试验(弯曲拉伸试验)是一种测试材料弯曲强度和其他重要性能的方法，破坏性材料测试用于塑料、纤维增强塑料 (FRP)、金属和陶瓷材料。弯曲测试的顺序相似。

根据压力点的数量和试样的支撑，区分以下各项：

1点弯曲试验

3点弯曲试验

4点弯曲试验

使用弯曲测试方法测试的材料从金属、塑料、木材、层压板、刨花板、干墙、瓷砖到玻璃不等。弯曲测试因被测产品而异。

有多种行业标准，主要基于被测样品材料，弯曲测试通常涉及测量样品材料的延展性。弯曲测试可能涉及将样品材料带到特定极限并确定负载测量及其与负载规范的关系(通过/失败)。或者，它可能涉及弯曲材料直到材料经历断裂，并确定启动断裂极限所需的载荷和挠度。

弯曲强度测试怎么测量？

在弯曲试验中，标准化的大部分为圆柱形的试样被放置在检具的中心。圆形支撑滚轮(轴承)以一定距离(支撑宽度)相互平行排列。圆柱形试样的直径与轴承的支撑宽度成正比。测试冲头以恒定速度缓慢向下移动，以增加的力加载样品，直到它断裂或达到先前确定的变形。弯曲试验过程中施加的最大载荷称为断裂力。

在测试期间，记录弯曲力和挠度的值。然后确定材料特性。整个测试序列显示在应力-应变曲线中，也可以用摄像机记录下来。进行弯曲测试是为了从单轴弯曲应力中获取有关被测材料弯曲行为的信息。在脆性材料的情况下，以这种方式确定弯曲强度。对于延展性材料，在弹性变形的情况下，确定极限屈服点、最大可能弯曲角以及杨氏模量。

在使用弯曲测试进行材料测试期间，配备高分辨率相机的现代光学测量系统可提供测试样品的精确图像。对于平面样品的记录，通常配备单个摄像头的设备就足够了。使用两个相机可以准确测量更复杂的样品几何形状。材料测试仪首先将随机点图案应用于样品或使用现有的表面结构。

光学测量系统使用图像相关算法：在高分辨率图像中，它们识别由弯曲测试引起的变形，然后使用点阵图形的像素坐标计算变形。

什么是弯曲应力？

在弯曲试验中，弯曲应力在试样中心最大(最大挠度)，此时，始终存在最大弯矩。从中心压力点开始，弯矩朝着轴承的两个方向线性减小。材料在其内侧承受压力，在其外侧承受张力。在试样的外层纤维中，弯曲应力(拉应力和压应力)最大，向内向中性纤维方向减小。这也称为不均匀应力分布。

如果在弯曲试验期间通过抬高试验冲头来释放部分塑性变形的试样，则只有材料中存在的内应力(残余应力)和产生的扭矩仍然有效。

弯曲试验的类型：

使用弯曲试验测试材料时，根据压力点的数量和试样支撑的类型，会区分 1 点、3 点和 4 点弯曲试验。

1点弯曲试验

使用 1 点弯曲装置时的弯曲试验程序如下：试样的一端被夹住，其暴露的一侧装有试验冲头。接着，计算弯曲模量。弯曲模量或弯曲弹性模量是屈服点内最大纤维应力与最大应变的比值。

3点弯曲试验

3 点弯曲测试之所以得名，是因为该测试设置中有三个压力点：两个支撑和一个中心加载的测试冲头。样品横向放置在支架上并在侧面突出。三点弯曲试验是最常进行的弯曲试验。然而，它的缺点是除了施加的压缩力和拉力外，横向力在材料中也很有效。由于这个缺点，当时就发展了4点弯曲试验。

如果以图形方式表示发生的弯矩，则 3 点弯曲测试形成一个三角形，其尖端对应于上部中心压力点。DIN EN ISO 178 强制使用 3 点和 4 点检查夹具来确定弯曲性能和弹性模量(杨氏模量)。

4点弯曲试验

在四点弯曲测试中，检具与三点弯曲测试的不同之处仅在于其测试冲头。代替在中心施加力的单冲头，使用双冲头。在两个上压力点之间的区域中存在恒定的弯矩。该区域不产生横向力。4 点弯曲试验中弯矩的图形表示为梯形。

弯曲测试对纤维增强塑料实现了更准确的测量结果。但是，所使用的检具操作起来更复杂，购买成本也更高。根据 DIN EN ISO 14125，3 点和 4 点弯曲测试装置也可用于这些材料。它们会导致样本破裂。由于会出现进一步的应力和几何效应，特别是在由于摩擦和赫兹应力引起的较大变形时，弯曲应力和边缘纤维应变也必须在这些检查夹具中进行校正。

结论

弯曲测试使用标准化样品和三个或四个压力点(3 点、4 点弯曲测试)进行。它们要么导致试样破坏，要么导致其塑性变形(仅适用于韧性材料)。最新一代的光学计量提供比传统测量程序更准确的结果。