Scoprire quanta forza un oggetto può tollerare prima di rompersi è utile in molte situazioni, specialmente per gli ingegneri. Questo deve essere determinato sulla base di risultati sperimentali, che essenzialmente comportano l'esposizione del materiale a quantità crescenti di forza fino a quando non si rompe o si piega in modo permanente. Ma eseguire i calcoli effettivi per calcolare la resistenza alla flessione di un materiale può sembrare davvero impegnativo. Fortunatamente, se hai le informazioni giuste a portata di mano, puoi affrontare facilmente il calcolo.
Definizione di resistenza alla flessione
Resistenza alla flessione (o il modulo di rottura) è la quantità di forza che un oggetto può sopportare senza rompersi o deformarsi in modo permanente. Se questo è difficile da capire, pensa a un'asse di legno supportata alle due estremità.
Se vuoi sapere quanto è forte il legno, un modo per testarlo sarebbe spingere sempre più forte al centro della tavola finché non si spezza. La forza di spinta massima che il legno potrebbe sopportare prima di rompersi è la sua resistenza alla flessione. Se un altro pezzo di legno fosse più forte, sopporterebbe una forza maggiore prima di rompersi.
La resistenza alla flessione ti dice davvero la quantità massima di stress che il materiale può sopportare (quindi potresti vedere riferimenti a anche “sollecitazione flessionale”) ed è indicata come una forza (in newton o libbre-forza) per unità di area (in metri quadrati o quadrati pollici).
Test a tre o quattro punti
Esistono due metodi per testare la resistenza alla flessione, ma sono molto simili. Un lungo campione rettangolare del materiale è supportato alle sue estremità, quindi non c'è supporto nel mezzo, ma le estremità sono robuste. Viene quindi applicato un carico o una forza alla sezione centrale fino alla rottura del materiale.
Per un tre punti prova di resistenza alla flessione, viene applicato un carico in continua crescita al centro del campione fino a quando non si verifica una rottura o una piegatura permanente nel materiale. Una macchina per test di flessione può applicare quantità crescenti di forza e registrare con precisione la quantità di forza nel punto di rottura.
UN a quattro punti la prova di flessione è molto simile, tranne che il carico viene applicato in due punti contemporaneamente, sempre verso il centro del campione. È più facile calcolare la resistenza alla flessione quando un carico o una forza viene applicato a un terzo della distanza tra i supporti e la seconda a due terzi della distanza tra di loro. Quindi in questo esempio il terzo medio del campione avrebbe forze applicate su entrambi i lati.
Calcolo della resistenza alla flessione del test a tre punti
Per una prova a tre punti, la resistenza alla flessione (dato il simbolo σ) può essere calcolato utilizzando:
= 3FL / 2wd2
All'inizio potrebbe sembrare spaventoso, ma una volta che sai cosa significa ogni simbolo, è un'equazione abbastanza semplice da usare.
F significa la forza massima applicata, l è la lunghezza del campione, w è la larghezza del campione e d è la profondità del campione. Quindi per calcolare la resistenza alla flessione (σ), moltiplicare la forza per la lunghezza del campione, quindi moltiplicarla per tre. Quindi moltiplicare la profondità del campione per se stesso (cioè elevarlo al quadrato), moltiplicare il risultato per la larghezza del campione e quindi moltiplicarlo per due. Infine, dividi il primo risultato per il secondo.
Nelle unità SI, lunghezze, larghezze e profondità saranno misurate in metri, mentre la forza sarà misurata in newton, con un risultato in pascal (Pa), o newton per metro quadrato. Nelle unità imperiali, lunghezze, larghezze e profondità saranno misurate in pollici e la forza sarà misurata in libbre-forza, con un risultato in libbre per pollice quadrato.
Calcolo della resistenza alla flessione del test a quattro punti
Il test a quattro punti utilizza gli stessi simboli del calcolo del test a tre punti. Ma con l'ipotesi che i due carichi o forze siano applicati in modo da dividere il campione in terzi, sembra molto più semplice:
σ = FL / wd2
Si noti che questa è esattamente la stessa della formula della sollecitazione a flessione per le prove a tre punti, ma senza il fattore 3/2. Quindi moltiplica semplicemente la forza applicata per la lunghezza, quindi dividila per la larghezza del materiale moltiplicata per la sua profondità al quadrato.