弯曲强度测试方法详解
弯曲强度测试是评估材料在弯曲载荷下抵抗断裂或变形能力的重要实验方法，广泛应用于金属、塑料、陶瓷、复合材料等领域的质量控制与研发。以下是弯曲强度测试的详细步骤、设备要求及注意事项。
一、测试原理
弯曲强度（Flexural Strength）指材料在三点或四点弯曲载荷下达到断裂时的最大应力，计算公式为：
三点弯曲：
[ \sigma = \frac{3FL}{2bh^2} ] 其中，( F )为断裂载荷，( L )为跨距，( b )为试样宽度，( h )为厚度。
四点弯曲：
[ \sigma = \frac{3F(L_1 - L_2)}{2bh^2} ] ( L_1 )为外支撑跨距，( L_2 )为内加载跨距。
二、测试设备与试样准备
设备要求
万能试验机：需配备弯曲夹具（三点或四点），精度符合ISO 7500或ASTM E4标准。
载荷传感器：量程覆盖预期断裂载荷的20%~80%。
挠度测量装置：如激光位移计或LVDT（线性可变差动变压器）。
试样制备
尺寸：通常为长方形，长宽比≥10:1（如80mm×10mm×4mm）。
加工要求：避免毛刺，棱角倒圆（R≤0.2mm），平行度误差＜0.02mm。
环境调节：塑料试样需在23±2℃、50%RH下调节48小时（ASTM D790）。
三、测试步骤
安装试样
将试样对称放置于支撑辊上（三点弯曲跨距常为16倍厚度）。
确保加载辊与试样接触无间隙，预加载0.5%最大载荷以消除松动。
设置参数
加载速率：塑料通常12mm/min（ASTM D790），金属为0.010.1mm/min（ISO 7438）。
数据采集频率≥10Hz，记录载荷-位移曲线。
加载至断裂
匀速加载直至试样断裂或达到5%应变（非断裂材料）。
观察断裂位置：理想情况位于跨距中点（偏差＞5%需重试）。
数据记录
记录最大载荷( F_{\text{max}} )、挠度、断裂形态（脆性/韧性）。
计算弯曲强度及模量（弹性段斜率）。
四、影响因素与误差控制
关键因素
跨距比：跨距/厚度比过小会导致剪切误差，建议≥16:1。
加载速率：速率过高会高估强度（如塑料应变速率敏感）。
试样对齐：偏载误差需控制在±1%跨距内。
常见误差及修正
辊轴摩擦：使用低摩擦轴承，或修正公式：
[ \sigma_{\text{修正}} = \sigma \left(1 + \frac{6h}{L}\mu\right) ]
( \mu )为摩擦系数。
大变形修正：若挠度＞10%跨距，需采用非线性公式（ASTM D6272）。
五、标准对比
ISO 178（塑料）：优先三点弯曲，跨距16h，速率1mm/min。
ASTM C1161（陶瓷）：四点弯曲，内跨距20mm，外跨距40mm。
GB/T 1449（复合材料）：允许三点或四点弯曲，强调应变测量。
六、应用实例
混凝土梁测试：跨距300mm，加载速率0.5MPa/s，记录裂纹扩展路径。
手机玻璃屏：四点弯曲测试，评估抗跌落性能（内跨距20mm，载荷50N/min）。
七、注意事项
脆性材料需防护装置防止碎片飞溅。
高温测试时需预热夹具（如ISO 5014规定耐火材料测试≥1000℃）。
各向异性材料（如木材）需注明纹理方向。
通过规范操作和误差控制，弯曲强度测试可准确反映材料的抗弯性能，为工程设计提供可靠依据。
