材料彎曲性能的試驗方法

三點彎曲試驗是一種用于測定材料彎曲性能的試驗方法，尤其是常用于脆性材料如陶瓷、玻璃等以及一些復合材料的力學性能測試。以下是其相關介紹：

試驗原理

通過在試樣上施加三點載荷，使試樣產生彎曲變形，在跨中處產生最大彎矩，從而導致試樣在該處發生破壞或產生一定程度的彎曲應變，以此來評估材料的彎曲強度、彈性模量等力學性能指標。

試驗裝置

• 試驗機：一般為電子萬能試驗機，能精確控制加載力的大小和速度，并測量記錄力和位移數據。

• 支座和加載頭：支座用于支撐試樣，通常有兩個，間距可根據試樣尺寸和試驗要求調整。加載頭位于兩個支座中間，用于向試樣施加集中載荷。這些支座和加載頭的端部通常具有一定的曲率半徑，以保證與試樣良好接觸并均勻施加壓力。

• 數據采集系統：與試驗機相連，用于實時采集和記錄試驗過程中的力、位移等數據，以便后續分析處理。

試驗步驟

1. 試樣準備：按照相關標準要求，制備尺寸精確、表面平整光滑的試樣。例如，對于陶瓷材料，試樣通常為矩形截面的長條狀，長度一般在 30 - 60mm 之間，寬度和厚度根據具體材料和試驗要求確定，常見的寬度為 4 - 10mm，厚度為 3 - 6mm。

2. 安裝試樣：將試樣放置在試驗機的支座上，確保試樣的中心線與支座和加載頭的中心線對齊，且試樣與支座接觸良好。

3. 設置試驗參數：根據材料的特性和試驗要求，設置加載速度、數據采集頻率等參數。一般加載速度在 0.5 - 5mm/min 范圍內，對于脆性材料，加載速度宜較慢，以準確捕捉材料的破壞過程。

4. 開始試驗：啟動試驗機，緩慢施加荷載，使試樣逐漸產生彎曲變形。試驗過程中，密切觀察試樣的變形情況和試驗機顯示的力 - 位移曲線。

5. 記錄數據：數據采集系統自動記錄試驗過程中的力、位移等數據。當試樣發生破壞或達到規定的試驗終止條件（如達到一定的撓度值）時，試驗結束，停止數據采集。

6. 結果計算：根據記錄的數據，計算材料的彎曲強度、彈性模量等性能指標。彎曲強度計算公式為${\sigma }_f=\frac{3FL}{2b{h}^2}$，其中$F$為試樣破壞時的最大載荷，$L$為支座間距，$b$為試樣寬度，$h$為試樣厚度。彈性模量計算公式為$E=\frac{L^3}{4b{h}^3}\frac{\Delta F}{\Delta \delta }$，其中$\frac{\Delta F}{\Delta \delta }$為力 - 位移曲線彈性段的斜率。

注意事項

• 試樣的制備和安裝應嚴格按照標準進行，以保證試驗結果的準確性和重復性。

• 試驗前需對試驗機和數據采集系統進行校準和檢查，確保設備正常運行。

• 對于不同類型的材料，應根據其特性選擇合適的試驗參數和支座間距等，以獲得可靠的試驗結果。

• 試驗過程中要注意安全，防止試樣破壞時碎片飛濺傷人。