Wanneer brugontwerpers staal selecteren, moeten ze niet alleen rekening houden met het vermogen om spanning te weerstaan, maar ook met de prestaties onder buigkrachten. Dit is waar buigtests van onschatbare waarde blijken: het simuleren van stressomstandigheden in de echte wereld om ingenieurs en onderzoekers van kritische gegevens te voorzien.
Buigtests, ook wel buigtests genoemd, zijn destructieve materiaalevaluaties die worden gebruikt om de buigsterkte en andere belangrijke eigenschappen te beoordelen. Deze tests worden op grote schaal toegepast op kunststoffen, vezelversterkte polymeren (FRP), metalen en keramiek en laten zien hoe materialen zich gedragen onder uniaxiale buigspanning, wat leidt tot een optimale materiaalkeuze en toepassing.
In de kern passen buigtests buigkrachten toe op materialen terwijl hun reacties worden geobserveerd. Er bestaan drie primaire methodologieën op basis van laadpunten en ondersteuningsconfiguraties:
- Eénpuntsbuigen:Fixeert het ene uiteinde van het monster terwijl het andere uiteinde wordt belast, waarbij voornamelijk de buigmodulus wordt berekend.
- Driepuntsbuiging:Ondersteunt beide specimenuiteinden terwijl centrale belasting wordt toegepast: de meest gebruikelijke testmethode.
- Vierpuntsbuigen:Maakt gebruik van dubbele indenters om twee punten tussen steunen te belasten, waardoor een meer uniforme spanningsverdeling ontstaat.
Gestandaardiseerde cilindrische monsters worden doorgaans gecentreerd op armaturen met parallelle steunrollen die proportioneel op een afstand van de monsterdiameter zijn geplaatst. Een testpons daalt met constante snelheid af, waarbij het monster stapsgewijs wordt belast totdat breuk of vooraf bepaalde vervorming optreedt. De piekkracht die tijdens het testen wordt uitgeoefend, wordt breukkracht genoemd.
Geavanceerde optische systemen met camera's met hoge resolutie maken nu nauwkeurige beeldvorming van preparaten mogelijk. Voor vlakke preparaten zijn enkele camera's voldoende, terwijl opstellingen met twee camera's complexe geometrieën aankunnen. Technici passen willekeurige puntpatronen toe of gebruiken bestaande oppervlaktestructuren, waarbij correlatie-algoritmen de vervorming volgen via pixelcoördinatenanalyse.
De maximale buigspanning treedt op in het midden van het proefstuk (punt van de grootste doorbuiging), waar het buigmoment het grootst is. Vanaf dit centrale drukpunt neemt het moment lineair af in de richting van steunen. Materialen ervaren compressie op de binnenoppervlakken en spanning op de buitenoppervlakken, waarbij de spanning naar binnen toe afneemt in de richting van neutrale vezels, waardoor een niet-uniforme spanningsverdeling ontstaat.
Wanneer gedeeltelijk plastisch vervormde monsters worden ontlast, blijven de restspanningen en het resulterende koppel effectief, waardoor het monster gedeeltelijk wordt hervormd.
Beneden de plastische vervormingsdrempels vertonen ductiele materialen een puur elastische buigspanning. Naarmate de spanning toeneemt, wordt de vloeigrens eerst overschreden in de perifere gebieden, waardoor plastische vervorming (materiaalstroom) ontstaat. Het grensvloeipunt vertegenwoordigt de maximale buigspanning voordat permanente randvervorming optreedt.
Voor materialen zoals staal overschrijdt de vloeigrens de vloeigrens met 10-20% als gevolg van lineaire spanningsprogressie. Wanneer randvezels de vloeigrens overschrijden, weerstaan elastische binnenvezels de stromingsbeweging. In tegenstelling tot brosse materialen ondergaan ductiele monsters extreme plastische vervorming zonder te breken; de tests worden beëindigd wanneer de vloeigrens wordt overschreden.
Broze exemplaren breken zonder zichtbare materiaalstroom, waardoor het bepalen van het vloeipunt complex wordt. Breukdoorbuiging - de maximale vervorming vóór de breuk - varieert met de breedte van de steun (grotere afstanden maken grotere doorbuigingen mogelijk). Voor veel brosse materialen zoals thermoharders en vezelversterkte kunststoffen vervangen buigtests vaak trekproeven die voortijdige breuk zouden veroorzaken.
De meest voorkomende configuratie maakt gebruik van twee steunen en één centraal laadpunt. Hoewel praktisch, introduceert het dwarskrachten naast compressie-/trekkrachten - een beperking die wordt aangepakt door vierpuntsbuigen.
Deze methode vervangt de enkele indenter door dubbele laadpunten, waardoor er een constant buigmoment daartussen ontstaat zonder dwarskrachten. Hoewel ze nauwkeuriger zijn voor met vezels versterkte materialen, zijn de gespecialiseerde armaturen duurder en complexer in gebruik.
Gestandaardiseerde buigtests - uitgevoerd via drie- of vierpuntsconfiguraties - breken monsters of veroorzaken plastische vervorming (in ductiele materialen). Moderne optische metrologie levert nu aanzienlijk nauwkeurigere resultaten op dan traditionele meettechnieken, waardoor de mogelijkheden van de materiaalwetenschap in alle sectoren worden vergroot.