三點彎曲測試介紹
三點彎曲測試
1. 三點彎曲簡介 1
1.1三點彎曲定義 1
1.2三點彎曲的應用 1
1.3三點彎曲試驗的儀器 1
2. 三點彎曲的分析 2
2.1彎曲變形的平面假設 2
2.2撓度f和載荷P 2
2.3應力與抗彎強度 3
2.4彎曲彈性模量Eb 3
2.5斷裂能G 4
3. 試驗步驟及注意事項 4
三點彎曲簡介
1.1三點彎曲定義
三點彎曲試驗是將截面為矩形或圓形的試樣放在彎曲裝置上，調整跨距，在試樣上載入進行彎曲試驗，直到達到規定的彎曲程度或發生斷裂。
1.2三點彎曲的應用
（1）對需要在彎曲條件下工作的材料，測試其彎曲載荷下的力學性能，如混凝土、泡沫鋁合金、砂岩等。
（2）對難以進行拉伸試驗的材料進行力學性能的測試，如硬質合金、陶瓷、工具鋼等。
1.3三點彎曲試驗的儀器
電子式萬能試驗機：INSTRON 3345、5584。配套的測試軟體：Bluehill 3
三點彎曲的分析
2.1彎曲變形的平面假設
根據大量的試驗結果，我們假設：在彎曲變形前為平面的梁的橫截面，在彎曲變形後依然保持為平面，且垂直於彎曲變形後梁的軸線，這就是彎曲變形的平面假設。
我們設想梁是由無數層縱向纖維組成的，在發生彎曲變形後，靠近底面的纖維伸長，靠近頂面的纖維縮短。根據平面假設，沿橫截面高度從底面到頂面，纖維狀態逐漸從拉伸變為壓縮，那麼中間必有一層纖維的長度保持不變，這一層被稱為中性層。
圖一：梁的彎曲示意圖
2.2撓度f和載荷P
圖二：三點彎曲試驗模型
如圖二，2個支點的跨距為l，上面受一個集中載荷P的作用，截面寬度為b，高度為h。
在三點彎曲試驗中，可以看成一簡支梁受一集中力作用。當形變較小時，為了簡化分析，近似把感測器位移當成試樣的撓度f。由此試驗所獲得的數據可以看成是不同載荷P作用下試樣跨度中點的撓度。
2.3應力與抗彎強度
三點彎曲梁在載入時，中性層以上纖維受壓、以下纖維受拉，理論上橫截面上正應力沿梁高呈線性分布，即
其中為橫截面對形心軸Z軸的慣性矩，為截面計算點的軸坐標，為彎矩。
梁危險點的最大正應力為
對於矩形截面試樣，
故抗彎強度計算式為：
同理，對於圓柱體，抗彎強度計算式為：
其中D為截面直徑。
2.4彎曲彈性模量Eb
圖三：載荷-撓度示意圖
對於矩形件，
其中為載荷-撓度圖中斜率。
對於帶切口的矩形件，
其中a為切口深度。
2.5斷裂能G
其中為載荷-撓度曲線下的面積，A為斷裂面的面積。
試驗步驟及注意事項
1.安裝夾具，放置試件：根據試樣情況選擇彎曲夾具，安裝到試驗機上，檢查夾具，設置好跨距。開啟instron萬能試驗機，開機預熱15min，開啟Bluehill3。
2.新建測試方案或選擇模板。測試方法選擇三點彎曲測試，在模板上填入樣品信息、測試日期、測試條件、測試人等信息。
3. 矩形橫截面試件應在跨距的兩端和中間處分別測量其高度和寬度。取用三處寬度測量值的算術平均值和三處高度測量值的算術平均值，作為試件的寬度和高度。
4. 開始試驗：輸入試件的尺寸。按運行命令按鈕，設備將按照軟體設定的試驗方案進行試驗。
5. 試驗結束：試驗結束後，清理好機器，關斷電源。
注意事項：
- 設定測試過程的最大載荷必須小於試驗機量程。
- 開始前檢查螺母是否鬆動，檢查工作台上下是否平直。
- 脆性試樣斷裂可能會彈出碎屑，測試人員須佩戴護目鏡。發生緊急情況，按下急停按鈕停止試驗。
由曾一帆整理
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