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弯曲和挠曲测试
简介

弯曲测试，有时称为挠曲测试或横梁测试，用于测量材料在简支梁载荷下的性能。该测试通常使用相对柔韧的材料进行，如聚合物、木材和复合材料。最基础的弯曲测试是在通用测试机上进行，即把试样放在两个支撑砧上，在一个或两个载荷砧上施加力来弯曲试样，从而测量其性能。

为何要进行弯曲/挠曲测试？

通常，工程师希望了解材料性能的各个方面，但简单的单轴拉伸或压缩测试可能无法提供所有必要的信息。当试样弯曲或屈曲时，它会受到包括张力、压缩和剪切在内的复杂组合力的影响。因此，弯曲测试通常用于评估材料对实际载荷情况的反应。

当材料用作支撑结构时，挠曲测试数据就非常有用。例如，塑料椅子需要在多个方向上提供支撑。虽然在使用时腿部处于受压状态，但坐部需要承受就座者的挠曲力。制造商不仅希望提供的产品能够承受预期的载荷，而且还想在材料发生任何弯曲时，能够恢复到原始形状。

弯曲/挠曲测试的类型

3 点弯曲测试

3 点弯曲测试可平衡两个下砧之间的试样，同时从中点中心位置的单个上砧施加力。均匀应力区非常小且集中在中心载荷点下方。不同的测试标准可能要求对砧进行固定、旋转或摇动。

4 点弯曲测试

4 点挠曲测试不同于 3 点测试，因为该测试使用两个上砧，位置距离试样中心相等。在该测试中，均匀应力区位于内跨载荷点之间（通常为外跨长度的一半）。同样，根据测试标准的要求，可能需要对砧进行固定、旋转或摇动。4 点测试通常用于测量脆性材料弯曲时的弹性模量。

挠曲/弯曲测试机
组件和零部件

弯曲测试通常在通用测试机上执行。这些系统包括一个测试机架，并配有载荷传感器、测试软件及专用夹具和配件，如引伸计。所测试的材料类型决定着需要使用的配件类型。可对单台机器进行调整，通过更换夹具即可测试其力范围内的任何材料。

挠曲测试设置
拉伸夹具通用测试机载荷机架采用单柱或双柱配置，可提供的力载荷能力高达 2,000 kN。
软件用户借助测试软件可配置测试方法并输出结果。
载荷传感器载荷传感器是一种传感器，用于测量施加至试样的力。Instron 载荷传感器的精度可达到载荷传感器载荷能力的 1/1000。
测试工装挠曲测试需要使用上、下砧，以对试样的关键点施加力。砧的数量由所执行的测试类型决定。

通用测试机有各种不同尺寸可供选择，且其可提供的力载荷能力从 0.02 N 到 2,000 kN 不等。大多数低力测试是通过机电单柱或双柱台式机器执行的，而高力值应用则需要落地式机架。Instron 的 6800 系列系统可提供高达 300 kN 的载荷能力，并且能够执行多种不同的测试，包括拉伸、压缩、弯曲、剥离、撕裂、剪切、摩擦、扭曲、穿刺等。Instron 的工业产品系列液压伺服系统专为执行更高载荷能力的高强度金属、合金和先进复合材料而设计，ElectroPuls 系列旨在用于动态疲劳测试。

通用测试系统

载荷能力高达 300 kN

单柱和双柱台式及落地式测试系统的力载荷能力从 0.02 N (2 gf) 到 300 kN 不等。

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工业级通用测试

系统的载荷能力高达 2,000 kN

Instron 的工业产品系列包含带有单一或双测试空间的机架，力载荷能力从 300 kN 到 2,000 kN 不等。

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ElectroPuls 全电动动态和疲劳测试系统

可提供适用于疲劳和断裂机械测试的线性电机驱动型动态测试机，力载荷能力高达 20 kN。

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挠曲工装型号
适用于测试塑料、金属、合金、复合材料、微电子应用和组件

5 kN 挠曲工装
目录编号 2810-400

通过挠曲工装，可进行各种挠曲和断裂韧性粘合测试，包括挠曲模量、挠曲强度和挠曲屈服强度的测定。使用可选的改装套件，即可轻松对 3 点工装进行修改，从而提供 4 点弯曲选项。

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100 kN 挠曲工装
目录编号 2810-182

100 kN 挠曲工装可对最大宽度为 50 mm 的试样进行 3 点挠曲/弯曲测试。配有 4 点弯曲改装套件。下跨度可调节范围为 30 - 250 mm。

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250 kN 挠曲工装
目录编号 2810-206

250 kN 挠曲工装可对最大宽度为 100 mm 的试样进行 3 点挠曲/弯曲测试。配有 4 点弯曲改装套件。下跨度可调节范围为 10 - 600 mm。

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100 kN 导向弯曲/焊接弯曲测试工装
目录编号 W-6810

可针对平板或焊接式扁平试样的“U”形弯曲测试调节跨度。工装包括带有可调跨度支撑架的 T 型槽底座，其中支撑架由两个连杆支撑，可调节范围为 0 - 254 mm。最大试样宽度可达 76 mm。

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适用于钢筋的 200 kN 冷弯曲测试工装
目录编号 W-6812

适用于钢筋弯曲测试的冷弯曲测试工装通常遵循以下规范：ASTM A615、A706、A996A 和 BS4449。最大试样直径可达 76 mm。支承跨度可调节范围为 0 - 480 mm。

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适用于微电子应用的 100 N 和 1 kN 微型挠曲工装
目录编号 2810-410、2810-411

微型弯曲工装用于微电子应用中常见小型元件和试样的弯曲或挠曲测试，使用两个下砧支撑试样，由单或双（可选）上砧施加载荷。

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适用于迷你元件的 2 kN 微型挠曲工装
目录编号 2810-412、2810-413

迷你挠曲工装设计用于体积更小的元件和试样的 3 点弯曲或挠曲测试，其中使用两个下砧支撑试样，由单或双（可选）上砧施加载荷。

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20 kN 3 点和 4 点动态挠曲工装
目录编号 2810-500/505

该工装与 Instron 的 ElectroPuls 测试系统兼容，适用于测试各种不同材料类型的扁平和圆形试样，并配有可选的 4 点改装套件。

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适用于牙种植体测试的 3 kN 动态挠曲工装
目录编号 2810-600/605

配有可选 4 点改装套件的低力 3 点弯曲工装适用于低力动态和静态测试，以及符合牙科标准 ISO 9917、ISO 6872、ISO 4049 或 ISO 20795 的测试，且与 Instron 的 ElectroPuls E1000 兼容。

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挠曲测试数据分析
了解材料的机械性能

通常，挠曲测试根据 ISO、ASTM 或其他认可的标准执行，这些标准将规定所需的测试速度和试样尺寸等变量。试样通常都是刚性的，可以由塑料、金属、木材和陶瓷等各种材料制成。最常见的形状是矩形杆和圆柱形试样。

挠曲测试会在试样的凸面产生拉应力，在凹面产生压应力。这样就会沿着中线形成一个剪切应力区。为确保主要破坏来自拉应力或压应力，必须通过控制跨高比（外跨长度除以试样高度（深度））将剪切应力降至最低。对于大多数材料来说，S/d=16 可以接受。而另一些材料，需要 S/d=32 到 64 才能保持足够低的剪切应力。

计算

最大纤维应力和最大应变，得到载荷增量。相关结果绘制在应力-应变图上。挠曲强度是指最外层纤维的最大应力。使用试样在凸面或拉伸侧的表面可计算出这一值。挠曲模量采用应力与挠度曲线的斜率来计算。如果曲线没有线性区域，则会将一条割线拟合到曲线中，以确定斜率。

可以像基于载荷传感器和延伸读数的正常张力或压缩测试一样，记录最大力和最大延伸等计算值。应力和应变值的计算方式不同，因为它们包含挠曲工装支承跨度和载荷跨度（用于 4 点弯曲测试）。记录这些测量值与正确记录试样的尺寸同样重要。将这些值输入 Bluehill Universal 后，系统会根据请求自动计算挠曲模量等值。

典型材料

聚合物

聚合物最常用的测试方法是 3 点弯曲测试。试样挠度通常按十字头位置来测量，测试结果包括挠曲强度和挠曲模量。

木材和复合材料

木材和复合材料最常使用 4 点弯曲测试来进行测试。4 点测试需要使用挠度计来准确测量试样支承跨度中心处的挠度。测试结果包括挠曲强度和挠曲模量。

脆性材料

当在陶瓷或混凝土等脆性材料上进行 3 点弯曲测试时，挠曲强度通常称为断裂模量 (MOR)。此测试仅提供挠曲强度数据，不提供刚度（模量）数据。脆性材料也可使用 4 点测试，但必须将支撑和载荷砧对齐，且这些材料的测试工装通常带有自对准砧。

弯曲/挠曲测试标准
塑料、弹性体和金属测试标准

大多数测试是根据 ASTM 和 ISO 等组织发布的既定标准执行的。这些标准规定了不同类型原材料（如金属、塑料、弹性体、纺织物和复合材料）以及成品（如医疗器械、汽车零部件和消费性电子产品）的可接受测试参数和结果。这些标准可确保进入供应链的材料和产品表现出可预测的机械性能，而且不太可能在预期最终用途中失效。产品失效的成本和安全影响不容忽视，因此，建议企业投资高质量的精确测试设备，这有助于其轻松测定其产品是否符合适用标准。