Выяснение того, какое усилие может выдержать объект, прежде чем сломаться, может пригодиться во многих ситуациях, особенно для инженеров. Это должно быть определено на основе экспериментальных результатов, которые по существу включают в себя воздействие на материал возрастающей силы до тех пор, пока он не сломается или не изгибается навсегда. Но выполнение реальных расчетов для определения прочности материала на изгиб может показаться действительно сложной задачей. К счастью, если у вас под рукой нужная информация, вы можете легко выполнить расчет.
Определение прочности на изгиб
Прочность на изгиб (или модуль разрыва) - это сила, которую объект может выдержать без разрушения или постоянной деформации. Если это сложно понять, подумайте о деревянной доске, поддерживаемой с двух концов.
Если вы хотите узнать, насколько прочна древесина, один из способов ее проверить - это надавить все сильнее и сильнее на центр доски, пока она не сломается. Максимальное толкающее усилие, которое древесина может выдержать до разрушения, - это ее прочность на изгиб. Если бы другой кусок дерева был сильнее, он выдержал бы большую силу, прежде чем сломался.
Прочность на изгиб действительно говорит вам о максимальной нагрузке, которую может выдержать материал (поэтому вы можете увидеть ссылки на Также «напряжение изгиба»), и оно указывается как сила (в ньютонах или фунтах-силах) на единицу площади (в квадратных или квадратных метрах дюймы).
Трех- или четырехточечные тесты
Есть два метода проверки прочности на изгиб, но они очень похожи. Длинный прямоугольный образец материала опирается на его концы, поэтому посередине нет опоры, но концы прочные. Затем к средней секции прикладывается нагрузка или сила до тех пор, пока материал не разорвется.
Для трехточечный При испытании на прочность при изгибе в центре образца прикладывают постоянно увеличивающуюся нагрузку до тех пор, пока в материале не произойдет излом или остаточный изгиб. Машина для испытания на изгиб может прилагать увеличивающееся количество силы и точно записывать величину силы в точке разрушения.
А четырехточечный Испытание на изгиб очень похоже, за исключением того, что нагрузка прикладывается одновременно в двух точках, опять же по направлению к центру образца. Легче всего рассчитать прочность на изгиб, когда одна нагрузка или сила прикладываются на одной трети расстояния между опорами, а вторая - на двух третях расстояния между ними. Таким образом, в этом примере к средней трети образца будут приложены силы с обеих сторон.
Расчет прочности на изгиб при трехточечном испытании
Для трехточечного испытания прочность на изгиб (с обозначением σ) можно рассчитать с помощью:
σ = 3FL / 2wd2
Поначалу это может показаться пугающим, но как только вы узнаете, что означает каждый символ, это довольно простое уравнение.
F означает максимальное приложенное усилие, L - длина образца, ш - ширина образца и d - глубина образца. Итак, чтобы рассчитать прочность на изгиб (σ), умножьте силу на длину образца, а затем умножьте на три. Затем умножьте глубину образца на себя (т.е. возведите его в квадрат), умножьте результат на ширину образца, а затем умножьте его на два. Наконец, разделите первый результат на второй.
В единицах СИ длина, ширина и глубина будут измеряться в метрах, а сила - в ньютонах с результатом в паскалях (Па) или ньютонах на квадратный метр. В британских единицах измерения длина, ширина и глубина будут измеряться в дюймах, а сила - в фунтах-силах, а результат - в фунтах на квадратный дюйм.
Расчет прочности на изгиб при четырехточечном испытании
Четырехточечный тест использует те же символы, что и расчет трехточечного теста. Но если предположить, что две нагрузки или силы приложены так, что они разделяют образец на три части, это выглядит намного проще:
σ = FL / wd2
Обратите внимание, что это в точности то же самое, что и формула напряжения изгиба для трехточечных испытаний, но без коэффициента 3/2. Так что просто умножьте прилагаемую силу на длину, а затем разделите это на ширину материала, умноженную на его глубину в квадрате.
