Selvitys siitä, kuinka paljon voimaa esine voi sietää ennen murtumista, on hyödyllistä monissa tilanteissa, erityisesti insinööreille. Tämä on määritettävä kokeellisten tulosten perusteella, joihin liittyy lähinnä materiaalin altistaminen kasvaville voimamäärille, kunnes se rikkoutuu tai taipuu pysyvästi. Mutta varsinaisten laskelmien tekeminen materiaalin taivutuslujuuden selvittämiseksi voi tuntua todella haastavalta. Onneksi, jos sinulla on oikeat tiedot käsillä, voit hoitaa laskutoimituksen helposti.
Taivutuslujuuden määritelmä
Taivutuslujuus (tai repeämismoduuli) on voiman määrä, jonka esine voi kestää rikkoutumatta tai muuttumatta pysyvästi. Jos tätä on vaikea saada pään ympärille, ajattele puulankua, jota tuetaan kahdesta päästä.
Jos haluat tietää, kuinka vahva puu on, yksi tapa testata sitä olisi työntää alaspäin enemmän ja kovemmin lankun keskeltä, kunnes se napsahtaa. Suurin työntövoima, jonka puu pystyi kestämään ennen murtumista, on sen taivutuslujuus. Jos toinen puupala olisi vahvempi, se tukisi suurempaa voimaa ennen murtumista.
Taivutuslujuus kertoo sinulle materiaalin enimmäisjännityksen (joten saatat nähdä viitteitä "Taivutusjännitys"), ja se mainitaan voimana (newtoneina tai punta-voimina) pinta-alayksikköä kohti tuumaa).
Kolmipiste- tai nelipistetestit
Taivutuslujuutta voidaan testata kahdella tavalla, mutta ne ovat hyvin samankaltaisia. Pitkä suorakulmainen näyte materiaalista on tuettu sen päihin, joten keskellä ei ole tukea, mutta päät ovat tukevat. Sitten keskiosaan kohdistetaan kuorma tai voima, kunnes materiaali rikkoutuu.
A kolmen pisteen taivutuslujuustesti, näytteen keskelle kohdistetaan jatkuvasti kasvava kuormitus, kunnes materiaalissa on murtuma tai pysyvä taivutus. Taivutustestikone voi käyttää kasvavia voimamääriä ja tallentaa voiman määrän tarkasti rikkoutumispisteessä.
A neljän pisteen taivutustesti on hyvin samanlainen, paitsi että kuorma kohdistetaan kahteen pisteeseen samanaikaisesti, taas kohti näytteen keskustaa. Taivutuslujuus on helpoin laskea, kun yksi kuormitus tai voima kohdistetaan kolmanneksella tukien välisestä ja toinen kaksi kolmasosaa niiden välisestä matkasta. Joten tässä esimerkissä otoksen keskimmäisellä kolmanneksella olisi voimia sovellettu sen molemmille puolille.
Kolmipistetestauksen taivutuslujuuden laskenta
Kolmen pisteen testissä taivutuslujuus (annettu symboli σ) voidaan laskea käyttämällä:
σ = 3FL / 2wd2
Tämä saattaa näyttää aluksi pelottavalta, mutta kun tiedät, mitä kukin symboli tarkoittaa, se on melko yksinkertainen yhtälö.
F tarkoittaa suurinta voimaa, L on näytteen pituus, w on näytteen leveys ja d on näytteen syvyys. Joten laskea taivutuslujuus (σ), kerro voima näytteen pituudella ja kerro se sitten kolmella. Kerro sitten näytteen syvyys itse (eli neliö se), kerro tulos näytteen leveydellä ja kerro se sitten kahdella. Jaa lopuksi ensimmäinen tulos toisella.
SI-yksiköissä pituudet, leveydet ja syvyydet mitataan metreinä, kun taas voima mitataan newtoneina, tuloksena pasalit (Pa) tai newtonit neliömetriä kohti. Keisarillisissa yksiköissä pituudet, leveydet ja syvyydet mitataan tuumina, ja voima mitataan punta-voimana, tuloksena punnat neliötuumaa kohti.
Nelipistetestauksen taivutuslujuuden laskenta
Nelipistetestissä käytetään samoja symboleja kuin kolmen pisteen testilaskennassa. Mutta olettaen, että nämä kaksi kuormitusta tai voimaa kohdistuvat niin, että ne jakavat otoksen kolmansiksi, se näyttää paljon yksinkertaisemmalta:
σ = FL / wd2
Huomaa, että tämä on täsmälleen sama kuin kolmen pisteen testien taivutusjännityskaava, mutta ilman kerrointa 3/2. Kerro siis yksinkertaisesti käytetty voima pituudella ja jaa se sitten materiaalin leveydellä kerrottuna sen neliösyvyydellä.