تست خمش سه‌نقطه‌ای

در ابتدا باید گفت روش انجام آزمون برای نمونه های مختلف، شامل یک سری اصول مشخص و استاندارد است اما جزئیات آماده سازی، شرایط نمونه آزمایشی و نحوه انجام آزمایش بر نتایج آزمون تأثیر می گذارد.

در روش سه نقطه ای، مطابق شکل، نمونه به شکل یک تیر یکنواخت بر روی دو پایه نگه دارنده با فاصله مشخص قرار میگیرد و یک بازوی متحرک، در یک نقطه مشخص از تیر نمونه، یک بارگذاری نیرویی اعمال می کند( برای نتایج دقیقتر، بهتر است نقطه سوم به نقطه میانی دو پایه نگهدارنده نزدیکتر باشد؛ ضمنا اگر نیرو به صورت متمرکز وارد شود ممکن است در اثر تمرکز تنش، نتایج آزمایش از واقعیت دور شوند که مطلوب نیست؛ برای جلوگیری از این موضوع، در انتهای بازوی متحرک یک جزء اضافی قرار دارد که نیرو را به شکل گسترده تر وارد کند).

پارامتر های استحکامی مختلف، بدین طریق محاسبه میشوند:

تنش کششی:

${\displaystyle {\sigma }_f=\frac{3FL}{2b{d}^2}}$

${\displaystyle {\sigma }_f=\frac{FL}{\pi R^3}}$

کرنش کششی:

${\displaystyle {ϵ}_f=\frac{6Dd}{L^2}}$

مدول یانگ:

${\displaystyle E=\frac{L^{3}m}{4b{d}^3}}$

که در روابط بالا، نماد ها در معانی زیر به کار رفته اند:

${\displaystyle {\sigma }_f}$

${\displaystyle {ϵ}_f}$

${\displaystyle E}$

${\displaystyle F}$

${\displaystyle L}$

${\displaystyle b}$

${\displaystyle d}$

${\displaystyle D}$

${\displaystyle m}$

${\displaystyle R}$

چقرمگی شکست یک نمونه را نیز می توان با استفاده از آزمون خمش سه نقطه ای تعیین کرد. ضریب شدت تنش در محل یک ترک در یک چیدمان "خمش ترک دار"، عبارت است از:

${\displaystyle K_1=\frac{4P}{B}\sqrt{\frac{\pi }{W}}[1.6(\frac{a}{W}{)}^{\frac{1}{2}}-2.6(\frac{a}{W}{)}^{\frac{3}{2}}+(\frac{a}{W}{)}^{\frac{5}{2}}-21.2(\frac{a}{W}{)}^{\frac{7}{2}}+21.8(\frac{a}{W}{)}^{\frac{9.0}{2}}]}$

در رابطه بالا، P بار اعمال شده، B ضخامت نمونه ، a طول ترک و W عرض نمونه است. در یک آزمون خمشی سه نقطه ای، شکاف مورد نظر، به وسیله یک بارگذاری چرخه ای و در اثر خستگی نمونه در محل مورد نظر ایجاد می شود. طول ترک اندازه گیری می شود، سپس نمونه به صورت یکنواخت تحت بارگذاری قرار می گیرد. برای تعیین نیرویی که ترک در آن شروع به رشد می کند از نمودار بار-جابجایی دهانه ترک استفاده می شود. این نیرو برای یافتن مقاومت در برابر شکست ماده، در فرمول زیر استفاده می شود:

${\displaystyle K_I=\frac{6P}{BW}{a}^{\frac{1}{2}}Y}$

که در آن:

${\displaystyle Y=\frac{1.99-a/W(1-a/W)(2.15-3.93a/W+2.7(a/W){)}^2}{(1+2a/W)(1-a/W{)}^{\frac{3}{2}}}}$

توجه شود که هرچه میزان چقرمگی شکست ماده ای بالاتر باشد، رشد ترک ها در آن کندتر و سخت تر خواهد بود.

• خمش
• مقاومت خمشی
• گشتاور دوم سطح

• Chapter 4 Mechanical Properties of Biomaterials". Biomaterials – The intersection of Biology and Material Science. New Jersey, United States: Pearson Prentice Hall. 2008.
• Zweben, C., W. S. Smith, and M. W. Wardle (1979), "Test methods for fiber tensile strength, composite flexural modulus, and properties of fabric-reinforced laminates", Composite Materials: Testing and Design (Fifth Conference), ASTM International
• Bower, A. F. (2009). Applied mechanics of solids. CRC Press.
• 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
• https://www.koopaco.com/