Πώς να υπολογίσετε την κάμψη της δύναμης

Η εύρεση της δύναμης που μπορεί να ανεχθεί ένα αντικείμενο πριν το σπάσιμο είναι χρήσιμο σε πολλές περιπτώσεις, ειδικά για μηχανικούς. Αυτό πρέπει να προσδιοριστεί με βάση τα πειραματικά αποτελέσματα, τα οποία ουσιαστικά περιλαμβάνουν την έκθεση του υλικού σε αυξανόμενες ποσότητες δύναμης έως ότου σπάσει ή κάμψει μόνιμα. Αλλά η πραγματοποίηση των πραγματικών υπολογισμών για την επίλυση της αντοχής σε κάμψη ενός υλικού μπορεί να φαίνεται πολύ δύσκολη. Ευτυχώς, υπό την προϋπόθεση ότι έχετε τις κατάλληλες πληροφορίες, μπορείτε να αντιμετωπίσετε εύκολα τον υπολογισμό.

Αντοχή σε κάμψη (ή το συντελεστής ρήξης) είναι η δύναμη που μπορεί να πάρει ένα αντικείμενο χωρίς να σπάσει ή να παραμορφωθεί μόνιμα. Εάν αυτό είναι δύσκολο να ξεπεράσετε το κεφάλι σας, σκεφτείτε μια σανίδα από ξύλο που στηρίζεται στα δύο άκρα.

Αν θέλετε να μάθετε πόσο ισχυρό είναι το ξύλο, ένας τρόπος δοκιμής θα ήταν να πιέσετε όλο και πιο σκληρά στο κέντρο της σανίδας μέχρι να σπάσει. Η μέγιστη δύναμη ώθησης που μπορεί να αντέξει το ξύλο πριν σπάσει είναι η αντοχή του σε κάμψη. Εάν ένα άλλο κομμάτι ξύλου ήταν ισχυρότερο, θα στήριζε μεγαλύτερη δύναμη πριν σπάσει.

Η αντοχή σε κάμψη σας λέει πραγματικά τη μέγιστη πίεση που μπορεί να αντέξει το υλικό (έτσι μπορεί να δείτε αναφορές "Κάμψη στρες" επίσης), και αναφέρεται ως μια δύναμη (σε Newtons ή λίβρες-δύναμη) ανά μονάδα επιφάνειας (σε μέτρα τετράγωνο ή τετράγωνο ίντσες).

Υπάρχουν δύο μέθοδοι δοκιμής αντοχής σε κάμψη, αλλά είναι πολύ παρόμοιες. Ένα μακρύ ορθογώνιο δείγμα του υλικού στηρίζεται στα άκρα του, οπότε δεν υπάρχει στήριξη στη μέση, αλλά τα άκρα είναι ανθεκτικά. Στη συνέχεια εφαρμόζεται ένα φορτίο ή δύναμη στο μεσαίο τμήμα έως ότου το υλικό σπάσει.

Για ένα τριών σημείων δοκιμή αντοχής κάμψης, ένα συνεχώς αυξανόμενο φορτίο εφαρμόζεται στο κέντρο του δείγματος έως ότου υπάρξει σπάσιμο ή μόνιμη κάμψη στο υλικό. Μια μηχανή δοκιμής κάμψης μπορεί να ασκήσει αυξανόμενες ποσότητες δύναμης και να καταγράψει με ακρίβεια την ποσότητα δύναμης στο σημείο θραύσης.

ΕΝΑ τέσσερα σημεία Η δοκιμή κάμψης είναι πολύ παρόμοια, εκτός του ότι το φορτίο εφαρμόζεται ταυτόχρονα σε δύο σημεία, πάλι προς το κέντρο του δείγματος. Είναι ευκολότερο να υπολογίσετε την αντοχή σε κάμψη όταν εφαρμόζεται ένα φορτίο ή δύναμη το ένα τρίτο του τρόπου μεταξύ των στηριγμάτων και το δεύτερο εφαρμόζεται στα δύο τρίτα μεταξύ τους. Έτσι, σε αυτό το παράδειγμα, το μεσαίο τρίτο του δείγματος θα είχε εφαρμοστεί δυνάμεις και στις δύο πλευρές του.

Για μια δοκιμή τριών σημείων, η δύναμη κάμψης (δεδομένου του συμβόλου σ) μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας:

σ = 3FL / 2wd²

Αυτό μπορεί να φαίνεται τρομακτικό στην αρχή, αλλά μόλις ξέρετε τι σημαίνει κάθε σύμβολο, είναι μια απλή εξίσωση για χρήση.

φά σημαίνει τη μέγιστη δύναμη που εφαρμόζεται, μεγάλο είναι το μήκος του δείγματος, β είναι το πλάτος του δείγματος και ρε είναι το βάθος του δείγματος. Έτσι, για τον υπολογισμό της αντοχής κάμψης (σ), πολλαπλασιάστε τη δύναμη με το μήκος του δείγματος και, στη συνέχεια, πολλαπλασιάστε αυτήν με τρία. Στη συνέχεια, πολλαπλασιάστε το βάθος του δείγματος από μόνος του (δηλαδή τετράγωνο), πολλαπλασιάστε το αποτέλεσμα με το πλάτος του δείγματος και μετά πολλαπλασιάστε το με δύο. Τέλος, διαιρέστε το πρώτο αποτέλεσμα με το δεύτερο.

Σε μονάδες SI, τα μήκη, τα πλάτη και τα βάθη θα μετρηθούν σε μέτρα, ενώ η δύναμη θα μετρηθεί σε Newton, με αποτέλεσμα τα pascals (Pa) ή τα Newton ανά μέτρο τετραγωνικά. Στις αυτοκρατορικές μονάδες, τα μήκη, τα πλάτη και τα βάθη θα μετρηθούν σε ίντσες, και η δύναμη θα μετρηθεί σε δύναμη λίβρες, με αποτέλεσμα σε λίβρες ανά τετραγωνική ίντσα.

Η δοκιμή τεσσάρων σημείων χρησιμοποιεί τα ίδια σύμβολα με τον υπολογισμό δοκιμής τριών σημείων. Αλλά με την υπόθεση ότι εφαρμόζονται τα δύο φορτία ή δυνάμεις, ώστε να χωρίσουν το δείγμα σε τρίτα, φαίνεται πολύ πιο απλό:

σ = FL / wd²

Σημειώστε ότι αυτό είναι ακριβώς το ίδιο με τον τύπο κάμψης τάσης για δοκιμές τριών σημείων, αλλά χωρίς τον συντελεστή 3/2. Απλά πολλαπλασιάστε τη δύναμη που ασκείται με το μήκος και, στη συνέχεια, διαιρέστε την με το πλάτος του υλικού πολλαπλασιαζόμενο με το βάθος του τετραγώνου.