IL prova di flessione misura il comportamento dei materiali sottoposti a un carico di trave semplice. Viene eseguito comunemente su materiali relativamente flessibili come polimeri, legno e compositi. Al suo livello più elementare un test di piegatura viene eseguito su una macchina di test universale mettendo un campione su due incudini di supporto e piegandolo attraverso la forza applicata su uno o due incudini di carico al fine di misurare le sue proprietà.

Perché eseguire un prova di flessione?

Gli ingegneri spesso vogliono comprendere vari aspetti del comportamento di un materiale, ma un semplice test di trazione o compressione uniassiale potrebbe non fornire tutte le informazioni necessarie. Quando il campione si piega o si flette, viene sottoposto a una combinazione di forze complessa, tra cui tensione, compressione e taglio. Per questo motivo il test di piegatura viene utilizzato comunemente per valutare la reazione dei materiali a situazioni di carico realistiche.

I dati della prova di flessione possono essere particolarmente utili quando un materiale deve essere usato come struttura di supporto. Per esempio, una sedia di plastica deve dare sostegno in molte direzioni. Mentre le gambe sono in compressione quando sono in uso, il sedile dovrà resistere alle forze di flessione applicate dalla persona seduta. Non solo i produttori vogliono fornire un prodotto che possa reggere i carichi previsti, ma il materiale deve anche tornare alla sua forma originale se si verifica una flessione.

Prova di Flessione a 3 punti

Una prova di flessione a 3 punti bilancia un campione tra due incudini inferiori applicando la forza da una singola incudine superiore centrata nel punto centrale. L’area di stress uniforme è piuttosto piccola e concentrata sotto il punto di carico centrale. Diverse norme di test possono richiedere che le incudini siano fissate, ruotate o oscillanti.

Prova di Flessione a 4 punti

Una prova di flessione a 4 punti differisce dalla prova a 3 punti in quanto ha due incudini superiori posizionate equidistanti dal centro del campione. In questa prova l’area di stress uniforme è presente tra i punti di carico della campata interna (in genere metà della lunghezza della campata esterna). Anche in questo caso, a seconda dei requisiti della norma di test, potrebbe essere necessario fissare, ruotare o oscillare le incudini. Tipicamente vengono utilizzati prove a 4 punti per misurare il modulo di elasticità nella piegatura per materiali fragili.

I test di flessione vengono eseguiti su macchine di test universali. Questi sistemi sono costituiti da un telaio di test dotato di una cella di carico, software di test e prese e accessori specifici dell’applicazione, come gli estensimetri. Il tipo di materiale da testare determinerà il tipo di accessori necessari e una singola macchina può essere adattata per testare qualsiasi materiale all’interno della sua gamma di forza semplicemente cambiando il fissaggio.

Impostazione della prova di flessione
Prese di trazione I telai di carico delle macchine di test universali sono disponibili in configurazioni a colonna singola o doppia e sono disponibili con capacità di forza fino a 2.000 kN.
Software Il software di test consente agli utenti di configurare i metodi di test e i risultati di output.
Cella di carico La cella di carico è un trasduttore che misura la forza applicata al campione. Le celle di carico Instron sono accurate fino a 1/1000 di capacità della cella di carico.
Attrezzatura per test La prova di flessione richiede incudini superiori e inferiori per applicare forza ai punti chiave del campione. Il numero di incudini è determinato dal tipo di test eseguito.

 

Le macchine per test universali sono disponibili in dimensioni e capacità di forza diverse, che vanno da 0,02 N a 2.000 kN. La maggior parte dei test con forze basse viene eseguita su una macchina da banco elettromeccanica a colonna singola o doppia, mentre le applicazioni a forza più elevata richiedono telai da pavimento. I sistemi della Serie 6800 di Instron sono disponibili in gamme di capacità fino a 300 kN e possono eseguire una vasta gamma di diversi tipi di test, tra cui trazione, compressione, piegatura, peel, rottura, taglio, attrito, torsione, foratura e altro ancora. I sistemi servoidraulici della Serie Industrial di Instron sono progettati per test di capacità ancora più elevata di metalli ad alta resistenza, leghe e compositi avanzati, mentre la serie ElectroPuls è progettata per il test di fatica dinamica.

Sistemi di test universali
fino a 300 kN

Sistemi di test per modelli di tavoli a colonna singola e doppia e a pavimento aventi una gamma di capacità di forza tra 0,02 N (2 gf) e 300 kN.

Maggiori informazioni

Sistemi di test universali della Serie Industrial
fino a 2000 kN

La Serie Industrial di Instron comprende telai con spazi di test singolo o doppio e una gamma di capacità di forza tra 300 kN e 2000 kN.

Maggiori informazioni

Sistemi di test dinamici e di fatica completamente elettrici

Macchine per test dinamici lineari a motore elettrico per test di fatica e di meccanica della frattura disponibili con capacità di forza fino a 20 kN.

Maggiori informazioni

Le prove di flessione vengono eseguite generalmente secondo ISO, ASTM o altre norme riconosciute, che prescrivono variabili come la velocità di test richiesta e le dimensioni del campione. Generalmente i campioni sono rigidi e possono essere fatti di vari materiali come plastica, metallo, legno e ceramica. Le forme più comuni sono barre rettangolari e campioni di forma cilindrica.

Una prova di flessione produce uno stress di trazione nel lato convesso del provino e uno stress di compressione nel lato concavo. Questo crea un’area di stress di taglio lungo la linea mediana. Per assicurarsi che il cedimento primario derivi da stress di trazione o compressione, la sollecitazione di taglio deve essere minimizzata controllando il rapporto campata/profondità: la lunghezza della campata esterna divisa per l’altezza (profondità) del provino. Per la maggior parte dei materiali, S/d=16 è accettabile. Alcuni materiali richiedono S/d=32 a 64 per mantenere lo stress di taglio abbastanza basso.

Lo stress massimo della fibra e la deformazione massima sono calcolati per incrementi di carico. I risultati sono tracciati su un diagramma stress-deformazione. La resistenza alla flessione è definita come lo stress massimo nella fibra più esterna. Questo è calcolato sulla superficie del provino sul lato convesso o di tensione. Il modulo di flessione è calcolato dalla pendenza della curva di stress rispetto alla deformazione. Se la curva non ha una regione lineare, una linea secante è adattata alla curva per determinare la pendenza.

I valori calcolati come la forza massima e l’estensione massima possono essere registrati proprio come un normale test di tensione o compressione basato sulle letture della cella di carico e dell’estensione. I valori di stress e di deformazione sono calcolati in modo diverso, poiché incorporano la campata di supporto del dispositivo di flessione e la campata di carico (per i test di piegatura a 4 punti). È altrettanto importante registrare queste misure quanto lo è registrare correttamente le dimensioni del campione’. Una volta che questi valori sono inseriti in Bluehill Universal, i calcoli come quelli relativi al modulo di flessione vengono eseguiti automaticamente quando richiesto.

Polimeri

I polimeri sono testati più comunemente con un test di piegatura a 3 punti. La deflessione del provino è misurata solitamente dalla posizione della traversa e i risultati del test includono la resistenza alla flessione e il modulo di flessione.

Legno e compositi

Il legno e i compositi sono testati più comunemente con il prova di flessione a 4 punti. Il test a 4 punti richiede un deflettometro per misurare accuratamente la deflessione del campione al centro della campata di supporto. I risultati dei test includono la resistenza alla flessione e il modulo di flessione.

Materiali fragili

Quando un prova di traccione a 3 punti viene fatto su un materiale fragile come la ceramica o il cemento, la resistenza alla flessione viene chiamata spesso modulo di rottura (MOR). Questo test fornisce solo dati sulla resistenza alla flessione, non sulla rigidità (modulo). Il test a 4 punti può essere utilizzato anche su materiali fragili, anche se in questi casi l’allineamento del supporto e delle incudini di carico è critico e il dispositivo di test per questi materiali ha solitamente incudini auto-allineanti.