إن معرفة مقدار القوة التي يمكن أن يتحملها الجسم قبل الانكسار يكون مفيدًا في العديد من المواقف ، خاصة بالنسبة للمهندسين. يجب تحديد ذلك بناءً على النتائج التجريبية ، والتي تتضمن بشكل أساسي تعريض المادة لكميات متزايدة من القوة حتى تنكسر أو تنحني بشكل دائم. لكن إجراء الحسابات الفعلية لحساب قوة الانحناء للمادة قد يبدو صعبًا حقًا. لحسن الحظ ، شريطة أن يكون لديك المعلومات الصحيحة في متناول اليد ، يمكنك معالجة الحساب بسهولة.
تعريف قوة الانحناء
قوة الانحناء (أو معامل التمزق) هي مقدار القوة التي يمكن أن يتخذها الجسم دون أن ينكسر أو يتشوه بشكل دائم. إذا كان من الصعب فهم ذلك ، فكر في لوح خشبي مدعوم من طرفين.
إذا كنت تريد معرفة مدى قوة الخشب ، فستكون إحدى طرق اختباره هي الضغط بقوة على منتصف اللوح الخشبي حتى ينكسر. إن أقصى قوة دفع يمكن أن يتحملها الخشب قبل أن ينكسر هي قوته الانحناء. إذا كانت قطعة أخرى من الخشب أقوى ، فإنها ستدعم قوة أكبر قبل الانكسار.
تخبرك قوة الانحناء حقًا بأقصى قدر من الضغط الذي يمكن أن تتحمله المادة (لذلك قد ترى إشارات إلى "إجهاد الانحناء" أيضًا) ، ويتم نقله كقوة (نيوتن أو رطل-القوة) لكل وحدة مساحة (بالأمتار المربعة أو المربعة بوصة).
اختبارات من ثلاث نقاط أو أربع نقاط
هناك طريقتان لاختبار قوة الانحناء ، لكنهما متشابهان للغاية. يتم دعم عينة مستطيلة طويلة من المادة عند نهاياتها ، لذلك لا يوجد دعم في المنتصف ، ولكن الأطراف متينة. ثم يتم تطبيق حمل أو قوة على القسم الأوسط حتى تنكسر المادة.
ل ثلاث نقاط اختبار مقاومة الانحناء ، يتم تطبيق حمل متزايد باستمرار في وسط العينة حتى يحدث كسر أو ثني دائم في المادة. يمكن لآلة اختبار الانحناء تطبيق كميات متزايدة من القوة وتسجيل مقدار القوة بدقة عند نقطة الانكسار.
أ أربع نقاط اختبار الانحناء مشابه جدًا ، باستثناء أن الحمل يتم تطبيقه عند نقطتين في وقت واحد ، مرة أخرى باتجاه مركز العينة. من الأسهل حساب قوة الانحناء عندما يتم تطبيق حمل أو قوة واحدة في ثلث المسافة بين الدعامات ويتم تطبيق الثانية على ثلثي المسافة بينهما. لذلك في هذا المثال ، سيكون للثلث الأوسط من العينة قوى مطبقة على جانبيها.
ثلاث نقاط اختبار حساب قوة الانحناء
لاختبار ثلاث نقاط ، قوة الانحناء (بالنظر إلى الرمز σ) يمكن حسابها باستخدام:
σ = 3 FL / 2wd2
قد يبدو هذا مخيفًا في البداية ، ولكن بمجرد أن تعرف معنى كل رمز ، تصبح معادلة بسيطة جدًا للاستخدام.
F تعني أقصى قوة مطبقة ، إل هو طول العينة ، ث هو عرض العينة و د هو عمق العينة. لذلك لحساب قوة الانحناء (σ) ، اضرب القوة في طول العينة ، ثم اضربها في ثلاثة. ثم اضرب عمق العينة في نفسه (على سبيل المثال ، قم بتربيعها) ، واضرب النتيجة في عرض العينة ثم اضربها في اثنين. أخيرًا ، قسّم النتيجة الأولى على الثانية.
في وحدات النظام الدولي للوحدات (SI) ، تُقاس الأطوال والعرض والأعماق بالأمتار ، بينما تُقاس القوة بالنيوتن ، وتكون النتيجة بالباسكال (Pa) ، أو نيوتن لكل متر مربع. في الوحدات الإمبراطورية ، تُقاس الأطوال ، والعرض ، والأعماق بالبوصة ، والقوة تقاس بالباوند-القوة ، مع النتيجة بالجنيه لكل بوصة مربعة.
أربع نقاط اختبار حساب قوة الانحناء
يستخدم اختبار النقاط الأربع نفس الرموز المستخدمة في حساب الاختبار المكون من ثلاث نقاط. ولكن مع افتراض تطبيق الحملتين أو القوتين بحيث يتم تقسيم العينة إلى أثلاث ، يبدو الأمر أبسط بكثير:
σ = FL / wd2
لاحظ أن هذا هو بالضبط نفس معادلة إجهاد الانحناء لاختبارات من ثلاث نقاط ، ولكن بدون عامل 3/2. لذلك ببساطة اضرب القوة المؤثرة في الطول ، ثم اقسمها على مربع عرض المادة مضروبًا في عمقها.