دراسة تستكشف سلوك المواد من الهشة إلى الرقيقة

عندما يختار مصممو الجسور الفولاذ، لا يجب عليهم النظر فقط في قدرته على تحمل التوتر ولكن أيضا في أدائه تحت قوى الانحناء.هذا هو المكان الذي تثبت فيه اختبارات الانحناء أنها لا تقدر بثمن ‬محاكاة ظروف الإجهاد في العالم الحقيقي لتزويد المهندسين والباحثين بالبيانات الحاسمة.

اختبارات الانحناء ، والمعروفة أيضًا باسم اختبارات الانحناء ، هي تقييمات للمواد المدمرة المستخدمة لتقييم قوة الانحناء والخصائص الرئيسية الأخرى. تطبق على نطاق واسع على البلاستيك والبوليمرات المعززة بالألياف,المعادن والسيراميك، هذه الاختبارات تكشف كيفية تصرف المواد تحت الإجهاد الانحناء أحادي المحور، وتوجيه اختيار المواد المثلى وتطبيقها.

في جوهرها ، تستخدم اختبارات الانحناء قوى الانحناء على المواد مع مراقبة ردود أفعالها. هناك ثلاث منهجيات أساسية تستند إلى نقاط التحميل وتكوينات الدعم:

• ثني نقطة واحدة:تثبيت نهاية واحدة من العينة أثناء تحميل الأخرى ، وفقًا لتحديد نموذج الانحناء بشكل أساسي.
• ثلاثة نقاط ثني:يدعم كلا طرفي العينة أثناء تطبيق الحمل المركزي، وهي الطريقة الأكثر شيوعًا للاختبار.
• إنحناء أربع نقاط:يستخدم مقطوعات مزدوجة لتحميل نقطتين بين الدعم، مما يخلق توزيع أكثر تكافؤا للضغوط.

عادة ما تكون العينات الأسطوانية القياسية مركزة على الأجهزة مع أدوات الدعم المتوازية المسافة متناسبة مع قطر العينة. ينخفض جرعة الاختبار بسرعة ثابتة ،تحميل العينة بشكل تدريجي حتى يحدث كسر أو تشوه محدد مسبقًاالقوة القصوى المطبقة أثناء الاختبار تسمى قوة الكسر.

تسمح الأنظمة البصرية المتقدمة مع الكاميرات عالية الدقة الآن بتصوير العينات بدقة. الكاميرات الفردية كافية للعينات المسطحة ، في حين أن إعدادات الكاميرات المزدوجة تتعامل مع الهندسة المعقدة.يطبق الفنيون أنماط نقطة عشوائية أو يستخدمون الهياكل السطحية الموجودة، مع خوارزميات الارتباط تتبع التشوه من خلال تحليل إحداثيات البكسل.

يحدث أقصى إجهاد للإنحناء في مركز العينة (نقطة أكبر انحناء) ، حيث تصل لحركة الانحناء إلى ذروتها. من هذه النقطة المركزية للضغط ، تنخفض الحركة بشكل خطي نحو الدعم.المواد تعاني من الضغط على الأسطح الداخلية والتوتر على الأسطح الخارجية، مع انخفاض التوتر نحو الألياف المحايدة، مما يخلق توزيع التوتر غير المتساوي.

عندما يتم تفريغ العينات المشوهة جزئيًا، تظل الإجهادات المتبقية والقومة الناتجة فعالة، مما يعيد تشكيل العينة جزئيًا.

تحت عتبات التشوه البلاستيكي ، تظهر المواد القابلة للتقليد إجهاد الانحناء المرن بحتة. مع زيادة الإجهاد ، يتم تجاوز قوة الانسحاب أولاً في المناطق الطرفية ،تسبب تشوهات بلاستيكية (تدفق المواد)تمثل نقطة الانسحاب الحد أقصى إجهاد ثني قبل حدوث تشوه دائم للحافة.

بالنسبة للمواد مثل الصلب، فإن نقطة الوصول الحد تتجاوز قوة الوصول بنسبة 10 إلى 20% بسبب التقدم الخطي في الإجهاد.الألياف الداخلية المرنة تقاوم حركة التدفقعلى عكس المواد الهشة، تتعرض العينات القابلة للتلاعب للتشوه البلاستيكي الشديد دون كسر.

العينات الهشة تتكسّر بدون تدفق مادة مرئيّ، مما يجعل تحديد نقطة الخصب معقّداً.إنحراف الكسر ‬التشوه الأقصى قبل الكسر ‬يختلف مع عرض الدعم (المسافات الكبيرة تسمح بانحرافات أكبر)بالنسبة للعديد من المواد الهشة مثل المواد الحرارية والبلاستيك المقوى بالألياف، غالبًا ما تحل اختبارات الانحناء محل اختبارات السحب التي تسبب كسرًا مبكرًا.

التكوين الأكثر شيوعاً يستخدم دعماً و نقطة تحميل مركزية واحدة.يقدم القوى العرضية جنبا إلى جنب مع قوى الضغط / التوتر ‬حد يتم معالجته عن طريق الانحناء في أربع نقاط.

هذه الطريقة تحل محل المثبت الواحد بنقاط تحميل مزدوجة ، مما يخلق لحظة ثني ثابتة بينهما دون قوى عرضية. على الرغم من أنها أكثر دقة للمواد المعززة بالألياف ،التركيبات المتخصصة أكثر تكلفة وتعقيدًا للعمل.

اختبارات الانحناء الموحدة التي تجري باستخدام تكوينات ثلاثية أو أربع نقاط إما عينات كسر أو تحفز التشوه البلاستيكي (في المواد القابلة للتلاعب).تقدم تقنية القياس البصرية الحديثة الآن نتائج أكثر دقة بكثير من تقنيات القياس التقليدية، وتعزيز قدرات علوم المواد في جميع الصناعات.