At finde ud af, hvor meget kraft et objekt kan tåle, før det bryder, er nyttigt i mange situationer, især for ingeniører. Dette skal bestemmes ud fra eksperimentelle resultater, som i det væsentlige involverer udsættelse af materialet for stigende mængder kraft, indtil det går i stykker eller permanent bøjes. Men at udføre de faktiske beregninger for at beregne et materiales bøjningsstyrke kan virke virkelig udfordrende. Heldigvis kan du nemt tackle beregningen, forudsat at du har de rigtige oplysninger ved hånden.
Definition af bøjningsstyrke
Bøjningsstyrke (eller brudmodul) er den mængde kraft, som en genstand kan tage uden at bryde eller permanent deformeres. Hvis det er svært at få hovedet rundt, så tænk på en træplank, der understøttes i to ender.
Hvis du vil vide, hvor stærkt træet er, ville en måde at teste det være at skubbe hårdere og hårdere ned på midten af planken, indtil det knækkede. Den maksimale skubberkraft, som træet kunne modstå, før det går i stykker, er dets bøjningsstyrke. Hvis et andet stykke træ var stærkere, ville det understøtte en større kraft, før det brød.
Bøjningsstyrke fortæller dig virkelig den maksimale mængde stress materialet kan tage (så du kan se referencer til "Bøjningsspænding" også), og det er citeret som en kraft (i newton eller pund-kraft) pr. Arealeenhed (i kvadratmeter eller kvadratmeter tommer).
Trepunkts- eller firepunktsforsøg
Der er to metoder til test af bøjningsstyrke, men de er meget ens. En lang rektangulær prøve af materialet understøttes i enderne, så der er ingen støtte i midten, men enderne er robuste. En belastning eller kraft påføres derefter den midterste sektion, indtil materialet går i stykker.
For en tre-punkts bøjningsstyrketest påføres en konstant stigende belastning i midten af prøven, indtil der er brud eller permanent bøjning i materialet. En bøjningstestmaskine kan anvende stigende kraftmængder og nøjagtigt registrere kraftmængden ved brudpunktet.
EN fire-punkts bøjningstest er meget ens, bortset fra at belastningen påføres to punkter samtidigt, igen mod midten af prøven. Det er nemmest at beregne bøjningsstyrken, når en belastning eller kraft påføres en tredjedel af vejen mellem understøtningerne, og den anden påføres to tredjedele af vejen imellem dem. Så i dette eksempel ville den midterste tredjedel af prøven have kræfter på begge sider af den.
Tre-punkts test beregning af bøjningsstyrke
Ved en trepunkts test er bøjningsstyrken (givet symbolet σ) kan beregnes ved hjælp af:
σ = 3FL / 2wd2
Dette ser måske skræmmende ud i starten, men når du ved, hvad hvert symbol betyder, er det en ganske ligning at bruge.
F betyder den maksimale påførte kraft L er længden af prøven, w er bredden på prøven og d er dybden af prøven. Så for at beregne bøjningsstyrken (σ), multiplicer kraften med længden af prøven, og multiplicer den derefter med tre. Multiplicer derefter dybden af prøven med sig selv (dvs. kvadratere den), multiplicer resultatet med bredden af prøven og gang det derefter med to. Endelig divider det første resultat med det andet.
I SI-enheder måles længder, bredder og dybder i meter, mens kraft måles i newton med et resultat i pascal (Pa) eller newton pr. Kvadratmeter. I kejserlige enheder måles længder, bredder og dybder i inches, og kraft måles i pounds-force med et resultat i pounds per kvadrat tomme.
Fire-punkts test beregning af bøjningsstyrke
Firepunktsprøven bruger de samme symboler som beregningen af trepunktsprøven. Men med den antagelse, at de to belastninger eller kræfter påføres, så de opdeler prøven i tredjedele, ser det meget enklere ud:
σ = FL / wd2
Bemærk, at dette er nøjagtigt det samme som bøjningsspændingsformlen til trepunktsforsøg, men uden faktoren 3/2. Så multiplicer simpelthen kraften, der påføres med længden, og del den derefter med materialets bredde ganget med dybden af det i kvadrat.