弯曲强度测试详细介绍

弯曲强度测试是一种用于评估材料在弯曲载荷下抵抗变形和断裂能力的试验方法，以下是详细介绍：

一、测试原理

当材料受到弯曲力作用时，其外层纤维处于拉伸状态，内层纤维处于压缩状态。通过逐渐增加弯曲载荷，直至材料发生破坏，记录最大载荷以及相应的弯曲变形等数据，进而计算出弯曲强度等力学性能指标。

二、测试设备

1. 万能材料试验机

• 这是进行弯曲强度测试的核心设备，它能够精确地施加和测量载荷。试验机应具备足够的量程，以满足不同强度材料的测试需求。

• 一般要求试验机的精度达到 ±1% 以内，并且能够以恒定的加载速率施加弯曲力。

2. 弯曲夹具

• 用于固定试样，确保在测试过程中试样受到纯弯曲力。常见的弯曲夹具包括三点弯曲夹具和四点弯曲夹具。

• 三点弯曲夹具由两个支撑点和一个加载点组成，操作简单，适用于多种材料的初步测试。四点弯曲夹具则有两个加载点和两个支撑点，它能够在试样的中间部分产生更均匀的弯曲应力，对于一些对弯曲应力分布要求较高的材料测试更为合适。

三、测试方法

1. 试样制备

• 试样的形状和尺寸根据不同的材料标准和测试要求而定。一般来说，试样为矩形截面的长条状，长度通常为跨距加上足够的夹持长度。

• 对于塑料、陶瓷等材料，试样的宽度和厚度通常在几毫米到几十毫米之间。例如，在测试塑料材料的弯曲强度时，试样宽度可能为 10 - 15mm，厚度为 4 - 6mm。试样的表面应平整光滑，无明显缺陷，边缘应进行倒角处理，以避免应力集中。

2. 测试步骤（以三点弯曲为例）

• 安装试样：将试样平稳地放置在三点弯曲夹具的两个支撑点上，确保试样与支撑点接触良好。支撑点之间的距离（跨距）根据试样的尺寸和测试标准确定，一般为试样厚度的 16 - 20 倍。

• 设置试验机参数：根据材料的预期强度和试验机的性能，设定合适的加载速率。对于大多数材料，加载速率在 1 - 10mm/min 之间。同时，设置试验机的数据采集频率，以便准确记录载荷 - 位移数据。

• 开始测试：启动万能材料试验机，加载头以设定的加载速率向下移动，对试样施加弯曲力。在测试过程中，试验机自动记录载荷（P）和试样跨距中点的位移（δ）数据。

• 观察试样破坏：随着载荷的增加，试样逐渐发生弯曲变形，当载荷达到最大值时，试样发生破坏。观察并记录试样的破坏形式，如脆性断裂（突然断裂，无明显塑性变形）或韧性断裂（在断裂前有较大的塑性变形）。

四、数据处理与结果计算

1. 弯曲强度计算（三点弯曲）

• 根据公式：计算弯曲强度，其中为弯曲强度（MPa），P 为最大载荷（N），L 为跨距（mm），b 为试样宽度（mm），h 为试样厚度（mm）。

2. 绘制载荷 - 位移曲线

• 根据测试过程中采集的载荷和位移数据，绘制 P - δ 曲线。从曲线中可以直观地看出材料在弯曲过程中的力学行为，如弹性阶段、屈服阶段（如果有）和破坏阶段。通过曲线还可以获取材料的弹性模量、屈服强度（对于有屈服现象的材料）等其他力学性能信息。

五、测试标准

1. 国际标准

• ISO 178:2019《塑料 - 弯曲性能的测定》，该标准详细规定了塑料材料弯曲强度测试的方法、试样制备、测试设备、测试条件以及结果计算等内容。

2. 国内标准

• GB/T 9341 - 2008《塑料 弯曲性能的测定》，与国际标准类似，适用于各类塑料材料的弯曲性能测试，为国内塑料产品的质量控制、研发和应用提供了统一的测试依据。

• 对于金属材料，有 GB/T 232 - 2010《金属材料 弯曲试验方法》；对于陶瓷材料，有相应的行业或国家标准，如 JC/T 773 - 2010《纤维增强塑料 短切原丝增强塑料棒材弯曲性能试验方法》等。不同的标准在试样尺寸、加载速率、计算方法等方面可能会有所差异，具体测试时应根据材料类型和使用要求选择合适的标准。