Uitzoeken hoeveel kracht een object kan verdragen voordat het breekt, is in veel situaties handig, vooral voor ingenieurs. Dit moet worden bepaald op basis van experimentele resultaten, die in wezen inhouden dat het materiaal wordt blootgesteld aan toenemende hoeveelheden kracht totdat het breekt of permanent buigt. Maar het uitvoeren van de daadwerkelijke berekeningen om de buigsterkte van een materiaal te bepalen, kan een hele uitdaging lijken. Gelukkig kun je, mits je de juiste informatie bij de hand hebt, de berekening eenvoudig uitvoeren.
Definitie buigsterkte
Buigsterkte (of de breukmodulus) is de hoeveelheid kracht die een object kan opnemen zonder te breken of permanent te vervormen. Als dit moeilijk is om je hoofd erbij te houden, denk dan eens aan een houten plank die aan twee uiteinden wordt ondersteund.
Als je wilt weten hoe sterk het hout is, kun je het testen door harder en harder op het midden van de plank te duwen totdat het breekt. De maximale duwkracht die het hout kan weerstaan voordat het breekt, is de buigsterkte. Als een ander stuk hout sterker was, zou het een grotere kracht ondersteunen voordat het zou breken.
Buigsterkte vertelt je echt de maximale hoeveelheid stress die het materiaal kan hebben (dus misschien zie je verwijzingen naar) "buigspanning" ook), en het wordt geciteerd als een kracht (in newton of pond-kracht) per oppervlakte-eenheid (in vierkante meters of vierkante meters) inches).
Driepunts- of vierpuntstests
Er zijn twee methoden om de buigsterkte te testen, maar ze lijken erg op elkaar. Een lang rechthoekig monster van het materiaal wordt aan de uiteinden ondersteund, dus er is geen ondersteuning in het midden, maar de uiteinden zijn stevig. Er wordt dan een belasting of kracht uitgeoefend op het middengedeelte totdat het materiaal breekt.
Voor een driepunts buigsterktetest, wordt een voortdurend toenemende belasting uitgeoefend in het midden van het monster totdat er een breuk of permanente buiging in het materiaal is. Een buigtestmachine kan steeds meer kracht uitoefenen en nauwkeurig de hoeveelheid kracht op het breekpunt registreren.
EEN vierpunts buigtest lijkt erg op elkaar, behalve dat de belasting op twee punten tegelijk wordt uitgeoefend, opnieuw naar het midden van het monster. Het is het gemakkelijkst om de buigsterkte te berekenen wanneer één belasting of kracht op een derde van de weg tussen de steunen wordt uitgeoefend en de tweede op tweederde van de weg ertussen. Dus in dit voorbeeld zou het middelste derde deel van het monster aan weerszijden ervan krachten hebben.
Berekening van de buigsterkte in drie punten
Voor een driepuntstest is de buigsterkte (gezien het symbool σ) kan worden berekend met:
σ = 3FL / 2wd2
Dit ziet er in het begin misschien eng uit, maar als je eenmaal weet wat elk symbool betekent, is het een vrij eenvoudige vergelijking om te gebruiken.
F betekent de maximaal uitgeoefende kracht, L is de lengte van het monster, met wie is de breedte van het monster en d is de diepte van het monster. Dus om de buigsterkte te berekenen (σ), vermenigvuldig de kracht met de lengte van het monster en vermenigvuldig dit vervolgens met drie. Vermenigvuldig vervolgens de diepte van het monster met zichzelf (d.w.z. kwadratisch), vermenigvuldig het resultaat met de breedte van het monster en vermenigvuldig dit vervolgens met twee. Deel ten slotte het eerste resultaat door het tweede.
In SI-eenheden worden lengtes, breedtes en diepten gemeten in meters, terwijl kracht wordt gemeten in newtons, met als resultaat pascal (Pa), of newtons per vierkante meter. In Engelse eenheden worden lengtes, breedtes en diepten gemeten in inches, en kracht wordt gemeten in pond-kracht, met als resultaat ponden per vierkante inch.
Berekening van de buigsterkte met vier punten
De vierpuntstest gebruikt dezelfde symbolen als de driepuntstestberekening. Maar met de veronderstelling dat de twee belastingen of krachten worden toegepast zodat ze het monster in drieën splitsen, ziet het er veel eenvoudiger uit:
σ = FL / wd2
Merk op dat dit precies hetzelfde is als de buigspanningsformule voor driepuntstests, maar zonder de factor 3/2. Dus vermenigvuldig eenvoudig de uitgeoefende kracht met de lengte en deel dit dan door de breedte van het materiaal vermenigvuldigd met de diepte ervan in het kwadraat.