[科普中国]-弯曲试验

简介

测定材料承受弯曲载荷时的力学特性的试验，是材料机械性能试验的基本方法之一。弯曲试验主要用于测定脆性和低塑性材料(如铸铁、高碳钢、工具钢等）的抗弯强度并能反映塑性指标的挠度。弯曲试验还可用来检查材料的表面质量。弯曲试验在万能材料机上进行，有三点弯曲和四点弯曲两种加载荷方式。试样的截面有圆形和矩形，试验时的跨距一般为直径的10倍。对于脆性材料弯曲试验一般只产生少量的塑性变形即可破坏，而对于塑性材料则不能测出弯曲断裂强度，但可检验其延展性和均匀性展性和均匀性。塑性材料的弯曲试验称为冷弯试验。试验时将试样加载，使其弯曲到一定程度，观察试样表面有无裂缝。

试验特点与拉伸试验相比，弯曲试验有着以下几个特点：

1、适用圆形、方形、矩形三种，适用于测定加工不方便的脆性材料。

2、对脆性材料做拉伸试验，其变形量很小。而弯曲试验可以用挠度来表示脆性材料的塑性。

3、弯曲试验时，截面上的应力分布是表面上的应力最大，因此其对材料表面缺陷反应灵敏。

4、对于高塑性材料，弯曲试验通常达不到其破坏程度，故一般不做弯曲强度试验。

5、弯曲试验操作比拉伸试验要简单方便。

弯曲曲线弯曲曲线，又称M-f曲线或者F-f曲线。它是将弯矩M（或者载荷F)作为纵坐标，试样的挠度f作为横坐标，表示弯矩或者载荷与试样中心线偏离原始位置的关系。

弯曲试验测定设备弯曲试验采用SANS微机控制电子万能试验机进行，试验机量程为±50 kN，静载误差为±0.5%。试验室环境温度设定25±3℃C，相对湿度为（50±10）%。采用位移控制模式加载，加载速率为1~2mm/min。复合材料非平面胶接连接弯曲试验原理图如下图所示：

在试验件腹板一侧施加载荷。试验过程中同时记录初始破坏载荷、初始损伤状态、最终破坏载荷以及最终破坏时的裂纹（分层）形态。由于接头本身几何结构复杂，且尺寸较小，所以在试验过程中结构内部的损伤很难由肉眼观测。判断初始损伤发生以加载过程中听到试验件发出异常声响和观测到载荷一位移曲线发生明显变化作为依据。最终破坏对应着载荷一位移曲线中的最大载荷，可以直接观测。2

试验应用1、可以测定灰铸铁的抗弯强度。灰铸铁的抗弯性能优于抗拉性能，其抗弯强度是灰铸铁的重要力学性能指标。

2、可以测定硬质合金的抗弯强度。这些材料加工困难，难易制成拉伸试样。而弯曲试样形状简单，故利用弯曲试验评价其性能和质量。

3、可以测量陶瓷材料、工具钢的抗弯强度。这些脆性材料测定抗拉强度很困难，且试样加工也比较困难，因而采用弯曲试验。

4、可以用来检测和比较表面热处理层的质量和性能。因弯曲试验对材料表面缺陷敏感。

5、可以用来检测材料在受弯曲载荷下作用下的性能，因为许多机械零件（如脆性材料制作的刀具等）是在弯曲状态下工作的，需要对这些零件进行弯曲试验。