Aflarea câtă forță poate tolera un obiect înainte de spargere este utilă în multe situații, în special pentru ingineri. Acest lucru trebuie determinat pe baza rezultatelor experimentale, care implică în mod esențial expunerea materialului la cantități crescânde de forță până când acesta se sparge sau se îndoaie definitiv. Dar efectuarea calculelor reale pentru a calcula rezistența la flexiune a unui material poate părea cu adevărat provocatoare. Din fericire, cu condiția să aveți la îndemână informațiile corecte, puteți aborda calculul cu ușurință.
Definiția rezistenței la flexiune
Rezistența la flexiune (sau modul de rupere) este cantitatea de forță pe care o poate lua un obiect fără ruperea sau deformarea permanentă. Dacă acest lucru este dificil pentru a vă întoarce capul, gândiți-vă la o scândură de lemn sprijinită la două capete.
Dacă doriți să știți cât de puternic este lemnul, o modalitate de a-l testa ar fi să împingeți din ce în ce mai tare în centrul plăcii până când a rupt. Forța maximă de împingere pe care o poate rezista lemnul înainte de rupere este rezistența la flexiune. Dacă o altă bucată de lemn ar fi mai puternică, ar susține o forță mai mare înainte de rupere.
Rezistența la flexiune vă spune cu adevărat cantitatea maximă de stres pe care o poate suporta materialul (deci este posibil să vedeți referințe la „Tensiune flexurală”, de asemenea) și este citată ca o forță (în newtoni sau în lire sterline) pe unitate de suprafață (în metri pătrat sau pătrat) inci).
Teste în trei sau patru puncte
Există două metode de testare a rezistenței la încovoiere, dar sunt foarte asemănătoare. O probă lungă dreptunghiulară a materialului este susținută la capetele sale, deci nu există suport la mijloc, dar capetele sunt rezistente. O sarcină sau forță este apoi aplicată pe secțiunea din mijloc până când materialul se sparge.
Pentru o în trei puncte la testul de rezistență la îndoire, se aplică o sarcină în continuă creștere în centrul eșantionului până când apare o ruptură sau o îndoire permanentă a materialului. O mașină de testat flexural poate aplica cantități crescânde de forță și poate înregistra cu precizie cantitatea de forță la punctul de rupere.
A în patru puncte testul de îndoire este foarte similar, cu excepția faptului că sarcina este aplicată simultan în două puncte, din nou spre centrul eșantionului. Este cel mai ușor să calculați rezistența la flexiune atunci când o sarcină sau o forță este aplicată la o treime din distanță între suporturi, iar a doua este aplicată la două treimi din distanță între ele. Deci, în acest exemplu, treimea mijlocie a eșantionului ar avea forțe aplicate de ambele părți ale acestuia.
Test în trei puncte Calculul rezistenței la flexiune
Pentru un test în trei puncte, rezistența la flexiune (dată simbolul σ) poate fi calculat folosind:
σ = 3FL / 2wd2
Acest lucru ar putea părea înfricoșător la început, dar odată ce știți ce înseamnă fiecare simbol, este o ecuație destul de simplă de utilizat.
F înseamnă forța maximă aplicată, L este lungimea eșantionului, w este lățimea eșantionului și d este adâncimea probei. Deci, pentru a calcula rezistența la flexiune (σ), înmulțiți forța cu lungimea eșantionului și apoi înmulțiți-o cu trei. Apoi, înmulțiți adâncimea eșantionului cu el însuși (adică pătrate-l), înmulțiți rezultatul cu lățimea eșantionului și apoi înmulțiți-l cu două. În cele din urmă, împărțiți primul rezultat la al doilea.
În unitățile SI, lungimile, lățimile și adâncimile vor fi măsurate în metri, în timp ce forța va fi măsurată în newtoni, rezultând pascale (Pa) sau newtoni pe metru pătrat. În unitățile imperiale, lungimile, lățimile și adâncimile vor fi măsurate în inci, iar forța va fi măsurată în kilograme-forță, rezultând în kilograme pe inch pătrat.
Test în patru puncte Calculul rezistenței la flexiune
Testul în patru puncte utilizează aceleași simboluri ca și calculul testului în trei puncte. Dar, presupunând că cele două sarcini sau forțe sunt aplicate, astfel încât să împartă eșantionul în treimi, arată mult mai simplu:
σ = FL / wd2
Rețineți că aceasta este exact aceeași cu formula de solicitare a flexiunii pentru testele în trei puncte, dar fără factorul 3/2. Deci, înmulțiți pur și simplu forța aplicată cu lungimea și apoi împărțiți-o cu lățimea materialului înmulțit cu adâncimea acestuia la pătrat.