三點彎曲試驗

三點彎曲試驗可測彎曲彈性模量彎曲應力、彎曲應變以及材料的彎曲應力-應變響應狀態。 試驗可進行在配備有三點或四點彎曲夾具的萬能試驗機(拉力試驗機或拉伸試驗機)上。 三點彎曲測試優點在於樣品易於製備和測試,其缺點在於測試方法對試樣和加載幾何形狀以及應變率較為敏感。

20世紀40年代彎曲試驗機測試混凝土樣本
萬能試驗機夾具測試三點彎曲試驗

測試方法

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通常用萬能試驗機上指定的測試夾具進行測試。 測試準備、調節和實踐細節會影響測試結果。 樣本放置於兩個相距一定距離的支撐銷上。

彎曲應力 的計算方法:

對於矩形橫截面的樣品: 
對於圓形橫截面的樣品: [1]

彎曲應變 的計算方法:

 

彎曲模量 的計算方法:[2]

 

其中:

  •  :斷裂模量,表示使樣品斷裂所需的應力,(MPa
  •  :外表面應變,(mm/mm)
  •  :彎曲彈性模量,(MPa)
  •  :載重撓度曲線上給定點的載重,(N
  •  :支撐跨度,(mm)
  •  :測試梁寬度,(mm)
  •  :被測樑的深度或厚度,(mm)
  •  :梁中心的最大撓度,(mm)
  •  :載重撓度曲線初始直線部分的斜率,(N/mm)
  •  :橫梁半徑,(mm)

斷裂韌性測試

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用於斷裂韌性測試的單邊缺口彎曲試樣(也稱為三點彎曲試樣)。

樣品的斷裂韌性可用三點彎曲試驗確定,單邊缺口彎曲試樣裂紋尖端的應力強度因子為:[3]

 

其中, 是施加的載荷, 是試樣厚度, 是裂紋長度, 是試樣寬度。 在三點彎曲試驗中,循環負荷會在缺口尖端產生疲勞裂縫。 測量裂紋的長度。 然後放好試樣,載荷與裂紋蔓延位移的關係圖可用於確定裂紋開始擴展時的載重。 將此載重代入上述公式即可求出斷裂韌性 

ASTM D5045-14[4]和E1290-08[5]標準中的關係為:

 

其中

 

裂紋長度小於0.6 時,ASTM和Bower方程對 的預測值幾乎相同。

標準

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  • ISO 12135:金屬材料。 確定準靜態斷裂韌性的統一方法。
  • ISO 12737:金屬材料。 平面應變斷裂韌性的測定。
  • ISO 178:塑膠-彎曲性能的測定。
  • ASTM C293:混凝土抗彎強度的標準試驗方法(使用中心點載重的簡單梁)。
  • ASTM D790:非增強和增強塑膠和電絕緣材料彎曲性能的標準測試方法。
  • ASTM E1290:裂紋尖端張開位移 (CTOD) 斷裂韌性測量的標準測試方法。
  • ASTM D7264:聚合物基複合材料彎曲性能的標準測試方法。
  • ASTM D5045:塑膠材質平面應變斷裂韌性與應變能量釋放率的標準測試方法。

相關

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參考

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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