什么是彎曲測試？

彎曲試驗(彎曲拉伸試驗)是一種測試材料彎曲強度和其他重要性能的方法，破壞性材料測試用于塑料、纖維增強塑料 (FRP)、金屬和陶瓷材料。彎曲測試的順序相似。

根據壓力點的數量和試樣的支撐，區分以下各項：

1點彎曲試驗

3點彎曲試驗

4點彎曲試驗

使用彎曲測試方法測試的材料從金屬、塑料、木材、層壓板、刨花板、干墻、瓷磚到玻璃不等。彎曲測試因被測產品而異。

有多種行業標準，主要基于被測樣品材料，彎曲測試通常涉及測量樣品材料的延展性。彎曲測試可能涉及將樣品材料帶到特定極限并確定負載測量及其與負載規范的關系(通過/失敗)。或者，它可能涉及彎曲材料直到材料經歷斷裂，并確定啟動斷裂極限所需的載荷和撓度。

彎曲強度測試怎么測量？

在彎曲試驗中，標準化的大部分為圓柱形的試樣被放置在檢具的中心。圓形支撐滾輪(軸承)以一定距離(支撐寬度)相互平行排列。圓柱形試樣的直徑與軸承的支撐寬度成正比。測試沖頭以恒定速度緩慢向下移動，以增加的力加載樣品，直到它斷裂或達到先前確定的變形。彎曲試驗過程中施加的最大載荷稱為斷裂力。

在測試期間，記錄彎曲力和撓度的值。然后確定材料特性。整個測試序列顯示在應力-應變曲線中，也可以用攝像機記錄下來。進行彎曲測試是為了從單軸彎曲應力中獲取有關被測材料彎曲行為的信息。在脆性材料的情況下，以這種方式確定彎曲強度。對于延展性材料，在彈性變形的情況下，確定極限屈服點、最大可能彎曲角以及楊氏模量。

在使用彎曲測試進行材料測試期間，配備高分辨率相機的現代光學測量系統可提供測試樣品的精確圖像。對于平面樣品的記錄，通常配備單個攝像頭的設備就足夠了。使用兩個相機可以準確測量更復雜的樣品幾何形狀。材料測試儀首先將隨機點圖案應用于樣品或使用現有的表面結構。

光學測量系統使用圖像相關算法：在高分辨率圖像中，它們識別由彎曲測試引起的變形，然后使用點陣圖形的像素坐標計算變形。

什么是彎曲應力？

在彎曲試驗中，彎曲應力在試樣中心最大(最大撓度)，此時，始終存在最大彎矩。從中心壓力點開始，彎矩朝著軸承的兩個方向線性減小。材料在其內側承受壓力，在其外側承受張力。在試樣的外層纖維中，彎曲應力(拉應力和壓應力)最大，向內向中性纖維方向減小。這也稱為不均勻應力分布。

如果在彎曲試驗期間通過抬高試驗沖頭來釋放部分塑性變形的試樣，則只有材料中存在的內應力(殘余應力)和產生的扭矩仍然有效。

彎曲試驗的類型：

使用彎曲試驗測試材料時，根據壓力點的數量和試樣支撐的類型，會區分 1 點、3 點和 4 點彎曲試驗。

1點彎曲試驗

使用 1 點彎曲裝置時的彎曲試驗程序如下：試樣的一端被夾住，其暴露的一側裝有試驗沖頭。接著，計算彎曲模量。彎曲模量或彎曲彈性模量是屈服點內最大纖維應力與最大應變的比值。

3點彎曲試驗

3 點彎曲測試之所以得名，是因為該測試設置中有三個壓力點：兩個支撐和一個中心加載的測試沖頭。樣品橫向放置在支架上并在側面突出。三點彎曲試驗是最常進行的彎曲試驗。然而，它的缺點是除了施加的壓縮力和拉力外，橫向力在材料中也很有效。由于這個缺點，當時就發展了4點彎曲試驗。

如果以圖形方式表示發生的彎矩，則 3 點彎曲測試形成一個三角形，其尖端對應于上部中心壓力點。DIN EN ISO 178 強制使用 3 點和 4 點檢查夾具來確定彎曲性能和彈性模量(楊氏模量)。

4點彎曲試驗

在四點彎曲測試中，檢具與三點彎曲測試的不同之處僅在于其測試沖頭。代替在中心施加力的單沖頭，使用雙沖頭。在兩個上壓力點之間的區域中存在恒定的彎矩。該區域不產生橫向力。4 點彎曲試驗中彎矩的圖形表示為梯形。

彎曲測試對纖維增強塑料實現了更準確的測量結果。但是，所使用的檢具操作起來更復雜，購買成本也更高。根據 DIN EN ISO 14125，3 點和 4 點彎曲測試裝置也可用于這些材料。它們會導致樣本破裂。由于會出現進一步的應力和幾何效應，特別是在由于摩擦和赫茲應力引起的較大變形時，彎曲應力和邊緣纖維應變也必須在這些檢查夾具中進行校正。

結論

彎曲測試使用標準化樣品和三個或四個壓力點(3 點、4 點彎曲測試)進行。它們要么導致試樣破壞，要么導致其塑性變形(僅適用于韌性材料)。最新一代的光學計量提供比傳統測量程序更準確的結果。