三分钟带你了解弯曲试验

　　三分钟带你了解弯曲试验
 

　　导读：
 

　　金属材料的力学性能试验有多种，例如单向静拉压性能试验、弯曲试验、扭转试验、冲击载荷试验、变动载荷试验、环境温度下的力学性能试验等等，今天带您深入了解弯曲静力试验。
 

　　概述
 

　　弯曲性能指材料承受弯曲载荷时的力学性能。
 

　　弯曲试验检验材料在受弯曲载荷作用下的性能，许多机器零件(如海洋工程立管、油气管道、横梁、车轴等)是在弯曲载荷下工作的，主要用于测定脆性和低塑性材料(如铸铁、高碳钢、工具钢等)的抗弯强度并能反映塑性指标的挠度；弯曲试验还可用来检查材料的表面质量。
 

　　概念
 

　　挠度：弯曲变形时横截面形心沿与轴线垂直方向的线位移。
 

　　弯曲应力：弯曲时产生的应力。
 

　　弯曲应变：试样跨度中心外表面上单元长度的微量变化。
 

　　弯曲弹性模量：弯曲应力与弯曲应变呈线性比例关系范围内的弯曲应力与应变之比。
 

　　弯曲强度：在达到规定挠度值时或之前，负荷达到大值时的弯曲应力。
 

　　弯曲试验原理
 

　　将一定形状和尺寸的试样放置于一定跨距L的支座上，并施加一个或多个集中载荷，使试样产生弯曲应力和变形。
 

　　弯曲试验分为三点弯曲和四点弯曲，三点弯曲是常用的试验方法。
 

　　弯曲试样及试验装置
 

　　弯曲试验试样的横截面形状可以为圆形、方形、矩形和多边形，但应参照相关产品标准或技术协议的规定。
 

　　弯曲试验通常在万能材料试验机或压力机上进行；常用的弯曲装置有支辊式、V型模具式、虎钳式、板式等。
 

　　弯曲试验的力学分析
 

　　弯曲曲线是通过弯曲试验得到的弯曲载荷和试样弯曲挠度的关系曲线，以铸铁材质为例如下：
 

　　试样弯曲时，受拉侧表面的大正应力：σ=M/W。(M—大弯矩，三点弯曲：M=FLs/4；四点弯曲：M=Fa/2；W—抗弯截面系数，对于直径为d的圆形试样：W=πd3/32；对于宽带为b，高为h的矩形试样W=bh2/6)。
 

　　性能指标
 

　　抗弯强度——试样弯曲至断裂前达到的，按弹性弯曲应力公式计算得到的大弯曲应力，用符号σbb表示：σbb=Mb/W(Mb—断裂时的弯矩)。
 

　　断裂挠度fbb——将试样对称地安放在弯曲试验装置上，挠度计装在试样中间的测量位置上，对试样连续施加弯曲力，直至试样断裂，测量试样断裂瞬间跨距中点的挠度。
 

　　管道四点弯曲试验机
 

　　随着我国陆上油气输送管线铺设长度逐年递增、深水和超深水的油气勘探和开发活动急剧增加，全尺寸钢管弯曲试验与检测也发挥着重要作用。
 

　　四点弯曲疲劳试验机可以对海洋立管(SCR等)/隔水管、张力腿、连接器、海底管道、陆上油气输送管道等全尺寸试件，进行三点弯曲或四点弯曲的静力弯曲刚度试验、动态疲劳寿命试验等。