Å finne ut hvor mye kraft et objekt tåler før det går i stykker, er nyttig i mange situasjoner, spesielt for ingeniører. Dette må bestemmes ut fra eksperimentelle resultater, som i hovedsak innebærer å utsette materialet for økende mengder kraft til det går i stykker eller permanent bøyes. Men å utføre de faktiske beregningene for å beregne bøyestyrken til et materiale kan virke veldig utfordrende. Heldigvis, forutsatt at du har riktig informasjon tilgjengelig, kan du enkelt takle beregningen.
Definisjon av bøyestyrke
Bøyestyrke (eller bruddmodul) er hvor mye kraft en gjenstand kan ta uten å bryte eller deformeres permanent. Hvis dette er vanskelig å få hodet rundt, tenk på en treplank som støttes i to ender.
Hvis du vil vite hvor sterkt treet er, vil en måte å teste det være å presse hardere og hardere ned på midten av planken til det knakk. Den maksimale skyvekraften treet tåler før den brytes, er dens bøyestyrke. Hvis et annet treverk var sterkere, ville det støtte en større kraft før det brøt.
Bøyestyrke forteller deg virkelig den maksimale belastningen materialet kan ta (slik at du kanskje ser referanser til "Bøyespenning" også), og det er sitert som en kraft (i newton eller pounds-force) per arealeenhet (i kvadratmeter eller kvadratmeter tommer).
Tre-punkts eller firepunkts tester
Det er to metoder for å teste bøyestyrke, men de er veldig like. En lang rektangulær prøve av materialet støttes i endene, så det er ingen støtte i midten, men endene er robuste. En belastning eller kraft påføres deretter midtseksjonen til materialet går i stykker.
For en trepunkts bøyestyrktest påføres en stadig økende belastning i midten av prøven til det er brudd eller permanent bøyning i materialet. En bøyetestmaskin kan bruke økende kraftmengder og nøyaktig registrere kraftmengden når den brytes.
EN firepunkts bøyetest er veldig lik, bortsett fra at belastningen påføres to punkter samtidig, igjen mot midten av prøven. Det er enklest å beregne bøyestyrken når en belastning eller kraft påføres en tredjedel av veien mellom støttene, og den andre påføres to tredjedeler av veien mellom dem. Så i dette eksemplet vil den midterste tredjedelen av prøven ha krefter påført på hver side av den.
Tre-punkts testberegning av bøyestyrke
For en trepunkts test, bøyestyrken (gitt symbolet σ) kan beregnes ved hjelp av:
σ = 3FL / 2wd2
Dette kan se skummelt ut først, men når du vet hva hvert symbol betyr, er det ganske enkel ligning å bruke.
F betyr maksimal påført kraft, L er prøvelengden, w er bredden på prøven og d er dybden på prøven. Så for å beregne bøyestyrken (σ) multipliser kraften med lengden på prøven, og multipliser denne deretter med tre. Multipliser deretter dybden på prøven med seg selv (dvs. kvadrat den), multipliser resultatet med bredden på prøven og multipliser dette deretter med to. Til slutt, del det første resultatet med det andre.
I SI-enheter vil lengder, bredder og dybder bli målt i meter, mens kraft vil bli målt i newton, med et resultat i pascal (Pa) eller newton per kvadratmeter. I keiserlige enheter vil lengder, bredder og dybder bli målt i tommer, og kraft vil bli målt i pund-kraft, med et resultat i pund per kvadrattomme.
Fire-punkts testberegning av bøyestyrke
Firepunktsprøven bruker de samme symbolene som beregningen av trepunktsprøven. Men med forutsetningen om at de to belastningene eller kreftene blir påført slik at de deler prøven i tredjedeler, ser det mye enklere ut:
σ = FL / wd2
Merk at dette er nøyaktig det samme som bøyespenningsformelen for trepunkts tester, men uten faktoren 3/2. Så multipliser bare kraften som er påført med lengden, og del deretter denne med bredden på materialet multiplisert med dybden i kvadrat.