三点弯曲试验

三点弯曲试验可测弯曲弹性模量弯曲应力、弯曲应变以及材料的弯曲应力-应变响应状态。 试验可进行在配备有三点或四点弯曲夹具的万能试验机(拉力试验机或拉伸试验机)上。 三点弯曲测试优点在于样品易于制备和测试,其缺点在于测试方法对试样和加载几何形状以及应变率较为敏感。

20世纪40年代弯曲试验机测试混凝土样本
万能试验机夹具测试三点弯曲试验

测试方法

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通常用万能试验机上指定的测试夹具进行测试。 测试准备、调节和实践细节会影响测试结果。 样本放置于两个相距一定距离的支撑销上。

弯曲应力 的计算方法:

对于矩形横截面的样品: 
对于圆形横截面的样品: [1]

弯曲应变 的计算方法:

 

弯曲模量 的计算方法:[2]

 

其中:

  •  :断裂模量,表示使样品断裂所需的应力,(MPa
  •  :外表面应变,(mm/mm)
  •  :弯曲弹性模量,(MPa)
  •  :载重挠度曲线上给定点的载重,(N
  •  :支撑跨度,(mm)
  •  :测试梁宽度,(mm)
  •  :被测梁的深度或厚度,(mm)
  •  :梁中心的最大挠度,(mm)
  •  :载重挠度曲线初始直线部分的斜率,(N/mm)
  •  :横梁半径,(mm)

断裂韧性测试

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用于断裂韧性测试的单边缺口弯曲试样(也称为三点弯曲试样)。

样品的断裂韧性可用三点弯曲试验确定,单边缺口弯曲试样裂纹尖端的应力强度因子为:[3]

 

其中, 是施加的载荷, 是试样厚度, 是裂纹长度, 是试样宽度。 在三点弯曲试验中,循环负荷会在缺口尖端产生疲劳裂缝。 测量裂纹的长度。 然后放好试样,载荷与裂纹蔓延位移的关系图可用于确定裂纹开始扩展时的载重。 将此载重代入上述公式即可求出断裂韧性 

ASTM D5045-14[4]和E1290-08[5]标准中的关系为:

 

其中

 

裂纹长度小于0.6 时,ASTM和Bower方程对 的预测值几乎相同。

标准

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  • ISO 12135:金属材料。 确定准静态断裂韧性的统一方法。
  • ISO 12737:金属材料。 平面应变断裂韧性的测定。
  • ISO 178:塑胶-弯曲性能的测定。
  • ASTM C293:混凝土抗弯强度的标准试验方法(使用中心点载重的简单梁)。
  • ASTM D790:非增强和增强塑胶和电绝缘材料弯曲性能的标准测试方法。
  • ASTM E1290:裂纹尖端张开位移 (CTOD) 断裂韧性测量的标准测试方法。
  • ASTM D7264:聚合物基复合材料弯曲性能的标准测试方法。
  • ASTM D5045:塑胶材质平面应变断裂韧性与应变能量释放率的标准测试方法。

相关

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参考

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  1. ^ Chapter 4 Mechanical Properties of Biomaterials. New Jersey, United States: Pearson Prentice Hall. 2008: 152. 
  2. ^ Zweben, C., W. S. Smith, and M. W. Wardle, Test methods for fiber tensile strength, composite flexural modulus, and properties of fabric-reinforced laminates, Composite Materials: Testing and Design (Fifth Conference) (ASTM International), 1979, ISBN 978-0-8031-4495-8, doi:10.1520/STP36912S 
  3. ^ Bower, A. F. Applied mechanics of solids. CRC Press. 2009. 
  4. ^ ASTM D5045-14: Standard Test Methods for Plane-Strain Fracture Toughness and Strain Energy Release Rate of Plastic Materials, West Conshohocken, PA: ASTM International, 2014 
  5. ^ E1290: Standard Test Method for Crack-Tip Opening Displacement (CTOD) Fracture Toughness Measurement, West Conshohocken, PA: ASTM International, 2008