การทดสอบการดัดและการโค้งงอ
บทนำ
การทดสอบการดัด บางครั้งเรียกว่าการทดสอบการโค้งงอหรือการทดสอบคานตามขวาง วัดพฤติกรรมของวัสดุที่ถูกกระทำด้วยแรงกดคานอย่างง่าย มักทำกับวัสดุที่ค่อนข้างยืดหยุ่นเช่น พอลิเมอร์ ไม้ และวัสดุผสม ในระดับพื้นฐานที่สุด การทดสอบการดัดทำบนเครื่องทดสอบอเนกประสงค์โดยวางชิ้นงานบนที่รองรับสองจุดและดัดผ่านแรงที่ใช้บนที่กดหนึ่งหรือสองจุดเพื่อวัดคุณสมบัติของมัน
ทำไมต้องทำการทดสอบการดัด/โค้งงอ?
วิศวกรมักต้องการเข้าใจลักษณะต่างๆ ของพฤติกรรมวัสดุ แต่การทดสอบแรงดึงหรือแรงอัดทางเดียวอย่างง่ายอาจไม่ให้ข้อมูลที่จำเป็นทั้งหมด เมื่อชิ้นงานถูกดัดหรือโค้งงอ มันจะถูกกระทำด้วยแรงผสมที่ซับซ้อนรวมถึงแรงดึง แรงอัด และแรงเฉือน ด้วยเหตุนี้ การทดสอบการดัดจึงมักใช้ประเมินการตอบสนองของวัสดุต่อสถานการณ์การรับแรงที่เป็นจริง
ข้อมูลการทดสอบการโค้งงอสามารถมีประโยชน์อย่างยิ่งเมื่อต้องใช้วัสดุเป็นโครงสร้างรองรับ ตัวอย่างเช่น เก้าอี้พลาสติกต้องให้การรองรับในหลายทิศทาง ในขณะที่ขาเก้าอี้รับแรงอัดเมื่อใช้งาน ที่นั่งจะต้องทนต่อแรงดัดที่เกิดจากคนนั่ง ผู้ผลิตไม่เพียงต้องการผลิตภัณฑ์ที่รับน้ำหนักที่คาดการณ์ได้ แต่วัสดุยังต้องกลับคืนรูปเดิมหากเกิดการโค้งงอ
ประเภทของการทดสอบการดัด/โค้งงอ
การทดสอบการโค้งงอ 3 จุดวางชิ้นงานระหว่างที่รองรับล่างสองจุดในขณะที่ใช้แรงจากที่กดบนหนึ่งจุดที่กึ่งกลาง พื้นที่ของความเค้นสม่ำเสมอค่อนข้างเล็กและกระจุกตัวใต้จุดกดตรงกลาง มาตรฐานการทดสอบต่างๆ อาจกำหนดให้ที่รองรับต้องยึดแน่น หมุนได้ หรือโยกได้
การทดสอบการโค้งงอ 4 จุดแตกต่างจากการทดสอบ 3 จุดตรงที่มีที่กดบนสองจุดวางห่างเท่ากันจากจุดกึ่งกลางของชิ้นงาน ในการทดสอบนี้ พื้นที่ของความเค้นสม่ำเสมออยู่ระหว่างจุดกดภายใน (โดยทั่วไปครึ่งหนึ่งของความยาวช่วงนอก) อีกครั้ง ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของมาตรฐานการทดสอบ ที่รองรับอาจต้องยึดแน่น หมุนได้ หรือโยกได้ โดยทั่วไป การทดสอบ 4 จุดใช้วัดมอดูลัสยืดหยุ่นในการดัดสำหรับวัสดุเปราะ
เครื่องทดสอบการโค้งงอ
ส่วนประกอบและชิ้นส่วน
การทดสอบการโค้งงอมักดำเนินการบนเครื่องทดสอบอเนกประสงค์ ระบบเหล่านี้ประกอบด้วยโครงทดสอบที่ติดตั้งโหลดเซลล์ ซอฟต์แวร์ทดสอบ และอุปกรณ์จับยึดเฉพาะงาน รวมถึงอุปกรณ์เสริมอย่างเครื่องวัดการยืดตัว ประเภทของวัสดุที่ทดสอบจะเป็นตัวกำหนดประเภทของอุปกรณ์เสริมที่จำเป็น และเครื่องเดียวสามารถปรับใช้ทดสอบวัสดุใดก็ได้ภายในช่วงแรงของมันโดยเพียงเปลี่ยนอุปกรณ์จับยึด
| การติดตั้งการทดสอบการโค้งงอ | |
|---|---|
| โครงเครื่องทดสอบอเนกประสงค์มีทั้งแบบเสาเดี่ยวและเสาคู่ และมีให้เลือกในขนาดแรงสูงสุดถึง 2,000 kN |
|
| ซอฟต์แวร์ทดสอบช่วยให้ผู้ใช้กำหนดค่าวิธีการทดสอบและแสดงผลลัพธ์ |
|
| โหลดเซลล์เป็นตัวแปลงสัญญาณที่วัดแรงที่ใช้กับชิ้นงานทดสอบ โหลดเซลล์ของ Instron มีความแม่นยำถึง 1/1000 ของความสามารถในการรับแรงสูงสุด |
|
| การทดสอบการโค้งงอต้องใช้ทั่งบนและล่างเพื่อใช้แรงกับจุดสำคัญของชิ้นงาน จำนวนทั่งขึ้นอยู่กับประเภทการทดสอบที่ดำเนินการ |
|
เครื่องทดสอบอเนกประสงค์มีหลายขนาดและความสามารถในการรับแรงตั้งแต่ 0.02 N ถึง 2,000 kN การทดสอบแรงต่ำส่วนใหญ่ทำบนเครื่องไฟฟ้าเชิงกลแบบเสาเดี่ยวหรือเสาคู่แบบตั้งโต๊ะ ในขณะที่การใช้งานที่ต้องแรงสูงกว่าต้องใช้โครงแบบตั้งพื้น ระบบซีรีส์ 6800 ของ Instron มีพิสัยความสามารถถึง 300 kN และสามารถทำการทดสอบได้หลากหลายประเภท รวมถึงการดึง การอัด การดัด การลอก การฉีก การเฉือน แรงเสียดทาน การบิด การเจาะ และอื่นๆ ระบบไฮดรอลิกIndustrial Series ของ Instron ออกแบบมาสำหรับการทดสอบที่ต้องความสามารถสูงกว่าของโลหะแข็งแรงสูง โลหะผสม และวัสดุผสมขั้นสูง และซีรีส์ElectroPuls ออกแบบมาสำหรับการทดสอบความล้าแบบไดนามิก
ถึง 300 kN
ระบบทดสอบแบบตั้งโต๊ะและแบบตั้งพื้นเสาเดี่ยวและเสาคู่ที่มีพิสัยความสามารถในการรับแรง 0.02 N (2 gf) ถึง 300 kN
ถึง 2000 kN
Industrial Series ของ Instron รวมถึงโครงที่มีพื้นที่ทดสอบเดี่ยวหรือคู่และมีพิสัยความสามารถในการรับแรงตั้งแต่ 300 kN ถึง 2000 kN
เครื่องทดสอบไดนามิกขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าเชิงเส้นสำหรับการทดสอบความล้าและกลศาสตร์การแตกหักมีพิสัยความสามารถในการรับแรงถึง 20 kN
สำหรับการทดสอบพลาสติก โลหะ โลหะผสม วัสดุผสม ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ และส่วนประกอบ
หมายเลขแคตตาล็อก 2810-400
หมายเลขแคตตาล็อก 2810-182
หมายเลขแคตตาล็อก 2810-206
หมายเลขแคตตาล็อก W-6810
หมายเลขแคตตาล็อก W-6812
หมายเลขแคตตาล็อก 2810-410, 2810-411
หมายเลขแคตตาล็อก 2810-412, 2810-413
หมายเลขแคตตาล็อก 2810-500/505
หมายเลขแคตตาล็อก 2810-600/605
การวิเคราะห์ข้อมูลการทดสอบการโค้งงอ
การทำความเข้าใจคุณสมบัติทางกลของวัสดุ
การทดสอบการโค้งงอมักทำตามมาตรฐาน ISO, ASTM หรือมาตรฐานที่เป็นที่ยอมรับอื่นๆ ซึ่งจะกำหนดตัวแปรต่างๆ เช่น ความเร็วทดสอบที่ต้องการและขนาดชิ้นงาน ชิ้นงานมักเป็นวัสดุแข็งและสามารถทำจากวัสดุต่างๆ เช่น พลาสติก โลหะ ไม้ และเซรามิก รูปร่างที่พบบ่อยที่สุดคือแท่งสี่เหลี่ยมผืนผ้าและชิ้นงานทรงกระบอก
การทดสอบการโค้งงอทำให้เกิดความเค้นดึงที่ด้านนูนของชิ้นงานและความเค้นอัดที่ด้านเว้า สิ่งนี้สร้างพื้นที่ความเค้นเฉือนตามแนวกึ่งกลาง เพื่อให้แน่ใจว่าการวิบัติหลักมาจากความเค้นดึงหรือความเค้นอัด ต้องลดความเค้นเฉือนให้น้อยที่สุดโดยควบคุมอัตราส่วนช่วงต่อความลึก: ความยาวของช่วงนอกหารด้วยความสูง (ความลึก) ของชิ้นงาน สำหรับวัสดุส่วนใหญ่ S/d=16 เป็นที่ยอมรับได้ วัสดุบางชนิดต้องการ S/d=32 ถึง 64 เพื่อรักษาความเค้นเฉือนให้ต่ำพอ
ความเค้นเส้นใยสูงสุดและความเครียดสูงสุดถูกคำนวณสำหรับแต่ละช่วงของแรง ผลลัพธ์ถูกพล็อตบนแผนภูมิความเค้น-ความเครียด ความแข็งแรงดัดถูกกำหนดเป็นความเค้นสูงสุดในเส้นใยนอกสุด นี่คำนวณที่ผิวของชิ้นงานด้านนูนหรือด้านรับแรงดึง มอดูลัสดัดคำนวณจากความชันของเส้นกราฟความเค้นต่อการแอ่นตัว ถ้าเส้นกราฟไม่มีช่วงเชิงเส้น เส้นตัดจะถูกติดตั้งกับเส้นกราฟเพื่อหาความชัน
ค่าที่คำนวณได้เช่นแรงสูงสุดและการยืดตัวสูงสุดสามารถบันทึกได้เหมือนการทดสอบแรงดึงหรือแรงอัดปกติตามค่าที่อ่านได้จากโหลดเซลล์และการยืดตัว ค่าความเค้นและความเครียดถูกคำนวณต่างกันเนื่องจากรวมช่วงรองรับของอุปกรณ์ดัดและช่วงกด (สำหรับการทดสอบดัด 4 จุด) การบันทึกค่าเหล่านี้มีความสำคัญเท่ากับการบันทึกขนาดของชิ้นงานอย่างถูกต้อง เมื่อค่าเหล่านี้ถูกป้อนเข้าBluehill Universal การคำนวณต่างๆ เช่นมอดูลัสดัดจะถูกคำนวณโดยอัตโนมัติเมื่อต้องการ
วัสดุทั่วไป
พอลิเมอร์
พอลิเมอร์มักถูกทดสอบด้วยการทดสอบดัด 3 จุด การแอ่นตัวของชิ้นงานมักวัดโดยตำแหน่งคานขวาง และผลการทดสอบรวมถึงความแข็งแรงดัดและมอดูลัสดัด
ไม้และวัสดุผสม
ไม้และวัสดุผสมมักถูกทดสอบด้วยการทดสอบดัด 4 จุด การทดสอบ 4 จุดต้องใช้เครื่องวัดการแอ่นตัวเพื่อวัดการแอ่นตัวของชิ้นงานที่จุดกึ่งกลางของช่วงรองรับอย่างแม่นยำ ผลการทดสอบรวมถึงความแข็งแรงดัดและมอดูลัสดัด
วัสดุเปราะ
เมื่อทำการทดสอบดัด 3 จุดกับวัสดุเปราะเช่นเซรามิกหรือคอนกรีต ความแข็งแรงดัดมักเรียกว่ามอดูลัสการแตกหัก (MOR) การทดสอบนี้ให้ข้อมูลความแข็งแรงดัดเท่านั้น ไม่ใช่ความแข็ง (มอดูลัส) การทดสอบ 4 จุดก็สามารถใช้กับวัสดุเปราะได้ แม้ว่าการจัดแนวของที่รองรับและที่กดมีความสำคัญในกรณีเหล่านี้ และอุปกรณ์ทดสอบสำหรับวัสดุเหล่านี้มักมีที่กดที่ปรับแนวได้เอง
มาตรฐานการทดสอบการดัด/โค้งงอ
มาตรฐานสำหรับการทดสอบพลาสติก อิลาสโตเมอร์ และโลหะ
การทดสอบส่วนใหญ่ทำตามมาตรฐานที่กำหนดโดยองค์กรต่างๆ เช่น ASTM และ ISO มาตรฐานเหล่านี้กำหนดพารามิเตอร์การทดสอบและผลลัพธ์ที่ยอมรับได้สำหรับวัตถุดิบประเภทต่างๆ เช่น โลหะ พลาสติก อิลาสโตเมอร์ สิ่งทอ และวัสดุผสม รวมถึงผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปเช่น อุปกรณ์การแพทย์ ชิ้นส่วนยานยนต์ และ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค มาตรฐานเหล่านี้ช่วยให้มั่นใจว่าวัสดุและผลิตภัณฑ์ที่เข้าสู่ห่วงโซ่อุปทานแสดงคุณสมบัติทางกลที่คาดการณ์ได้และไม่น่าจะล้มเหลวในการใช้งานที่คาดหวัง เนื่องจากผลกระทบด้านต้นทุนและความปลอดภัยของความล้มเหลวของผลิตภัณฑ์ไม่สามารถประเมินค่าได้ บริษัทต่างๆ จึงได้รับการสนับสนุนให้ลงทุนในอุปกรณ์ทดสอบคุณภาพสูงที่แม่นยำซึ่งออกแบบมาเพื่อช่วยให้พวกเขาสามารถตัดสินได้ง่ายว่าผลิตภัณฑ์ของพวกเขาเป็นไปตามมาตรฐานที่เกี่ยวข้องหรือไม่
- ASTM C1550 | ความเหนียวต่อการโค้งงอของคอนกรีตเสริมเส้นใย
- ASTM C1609 | การทดสอบการโค้งงอของคอนกรีตเสริมเส้นใย
- ASTM C880 | ความแข็งแรงต่อการโค้งงอของหินแปรรูป
- ASTM C99 | โมดูลัสการแตกหักของหินแปรรูป
- ASTM D143 | คุณสมบัติการโค้งงอของไม้
- ASTM D6272 | คุณสมบัติการโค้งงอของพลาสติกและวัสดุฉนวนไฟฟ้า
- ASTM D790 | การทดสอบการโค้งงอของพลาสติก
- ASTM E190 | การทดสอบการโค้งงอแบบมีตัวนำของรอยเชื่อม
- ASTM E290 | การทดสอบการโค้งงอของวัสดุเพื่อวัดความเหนียว
- ASTM F2606 | การทดสอบการโค้งงอสามจุดของขดลวดค้ำยันหลอดเลือดแบบขยายด้วยบอลลูนและระบบขดลวดค้ำยัน
