Herauszufinden, wie viel Kraft ein Objekt aushalten kann, bevor es bricht, ist in vielen Situationen praktisch, insbesondere für Ingenieure. Dies muss anhand von Versuchsergebnissen ermittelt werden, die im Wesentlichen darin bestehen, dass das Material zunehmenden Kräften ausgesetzt wird, bis es bricht oder sich dauerhaft verbiegt. Aber die eigentlichen Berechnungen zur Berechnung der Biegefestigkeit eines Materials können eine echte Herausforderung darstellen. Wenn Sie die richtigen Informationen zur Hand haben, können Sie die Berechnung zum Glück leicht angehen.
Definition der Biegefestigkeit
Biegefestigkeit (oder die Bruchmodul) ist die Kraft, die ein Objekt aufnehmen kann, ohne zu brechen oder sich dauerhaft zu verformen. Wenn es schwierig ist, den Kopf zu bekommen, denken Sie an ein Holzbrett, das an zwei Enden gestützt wird.
Wenn Sie wissen möchten, wie stark das Holz ist, können Sie es testen, indem Sie immer stärker auf die Mitte der Diele drücken, bis sie einrastet. Die maximale Druckkraft, der das Holz standhalten kann, bevor es bricht, ist seine Biegefestigkeit. Wenn ein anderes Holzstück stärker wäre, würde es eine größere Kraft aufnehmen, bevor es bricht.
Die Biegefestigkeit sagt Ihnen wirklich, wie viel Belastung das Material maximal aushalten kann (daher sehen Sie möglicherweise Hinweise auf auch „Biegespannung“) und wird als Kraft (in Newton oder Pfund-Kraft) pro Flächeneinheit (in Quadratmeter oder Quadrat) angegeben Zoll).
Dreipunkt- oder Vierpunkttests
Es gibt zwei Methoden zum Testen der Biegefestigkeit, die jedoch sehr ähnlich sind. Ein langes rechteckiges Materialmuster wird an seinen Enden gestützt, sodass es keine Stütze in der Mitte gibt, aber die Enden sind robust. Dann wird auf den Mittelteil eine Last oder Kraft ausgeübt, bis das Material bricht.
Für ein Drei Punkt Biegefestigkeitsprüfung wird in der Mitte der Probe eine kontinuierlich steigende Belastung ausgeübt, bis das Material bricht oder dauerhaft gebogen wird Eine Biegeprüfmaschine kann zunehmende Kräfte aufbringen und die Kraft an der Bruchstelle genau erfassen.
EIN Vier-Punkte- Der Biegetest ist sehr ähnlich, außer dass die Last gleichzeitig an zwei Punkten ausgeübt wird, wiederum in Richtung der Mitte der Probe. Die Biegefestigkeit lässt sich am einfachsten berechnen, wenn eine Last oder Kraft zu einem Drittel zwischen den Stützen und die zweite zu zwei Dritteln dazwischen aufgebracht wird. In diesem Beispiel würden also auf das mittlere Drittel der Probe Kräfte auf beiden Seiten angewendet.
Biegefestigkeitsberechnung im Drei-Punkte-Test
Bei einem Drei-Punkte-Test wird die Biegefestigkeit (angegeben mit dem Symbol σ) kann berechnet werden mit:
= 3FL / 2wd2
Dies mag auf den ersten Blick beängstigend aussehen, aber sobald Sie wissen, was jedes Symbol bedeutet, ist es eine recht einfache Gleichung.
F bedeutet die maximal aufgebrachte Kraft, L ist die Länge der Probe, w ist die Breite der Probe und d ist die Tiefe der Probe. Um also die Biegefestigkeit zu berechnen (σ), multiplizieren Sie die Kraft mit der Länge der Probe und multiplizieren Sie diese dann mit drei. Dann multiplizieren Sie die Tiefe der Probe mit sich selbst (d. h. quadrieren), multiplizieren Sie das Ergebnis mit der Breite der Probe und multiplizieren Sie diese dann mit zwei. Zum Schluss dividiere das erste Ergebnis durch das zweite.
In SI-Einheiten werden Längen, Breiten und Tiefen in Metern gemessen, während die Kraft in Newton gemessen wird, mit dem Ergebnis in Pascal (Pa) oder Newton pro Quadratmeter zum Quadrat. In britischen Einheiten werden Längen, Breiten und Tiefen in Zoll gemessen, und die Kraft wird in Pfund-Kraft gemessen, mit dem Ergebnis in Pfund pro Quadratzoll.
Biegefestigkeitsberechnung im Vier-Punkte-Test
Der Vier-Punkte-Test verwendet die gleichen Symbole wie die Drei-Punkte-Test-Berechnung. Aber unter der Annahme, dass die beiden Lasten oder Kräfte aufgebracht werden, sodass sie die Stichprobe in Drittel aufteilen, sieht es viel einfacher aus:
σ = FL / wd2
Beachten Sie, dass dies genau der Biegespannungsformel für Dreipunktversuche entspricht, jedoch ohne den Faktor 3/2. Multiplizieren Sie also einfach die aufgebrachte Kraft mit der Länge und teilen Sie diese dann durch die Breite des Materials multipliziert mit der Tiefe im Quadrat.