Kiểm tra uốn cong

Kiểm tra uốn cong được thực hiện để có được thông tin về tính chất uốn cong của vật liệu dùng cho công nghiệp hoặc cho nghiên cứu và phát triển. Khi làm như vậy, các thiết bị kiểm tra khác nhau được sử dụng.

Kiểm tra uốn cong (kiểm tra độ bền kéo uốn) là một phương pháp thử nghiệm vật liệu cho độ bền uốn của chúng và các tính chất quan trọng khác. Kiểm tra ngưỡng phá hủy của vật liệu được sử dụng cho nhựa, nhựa gia cố sợi (FRP), kim loại và vật liệu gốm. Các kiểm tra uốn cong tương tự nhau về trình tự. Tùy thuộc vào số lượng các điểm áp lực và vật chống của mẫu thử nghiệm, những điều sau đây có sự khác biệt:

• Kiểm tra uốn cong 1 điểm
• Kiểm tra uốn cong 3 điểm
• Kiểm tra uốn cong 4 điểm

Trong các kiểm tra uốn cong, các mẫu vật tiêu chuẩn, chủ yếu là hình trụ được đặt ở trung tâm của bộ gá. Các con lăn đỡ tròn (vòng bi) được bố trí song song với nhau ở một khoảng cách nhất định (chiều rộng hỗ trợ). Đường kính của mẫu hình trụ tỷ lệ thuận với chiều rộng giá đỡ của ổ trục. Đầu đục thử nghiệm, di chuyển xuống từ từ và với tốc độ không đổi, tải mẫu với lực tăng dần cho đến khi vỡ hoặc đạt đến biến dạng đã xác định trước đó. Tải trọng tối đa tác dụng trong quá trình thử uốn được gọi là lực ngắt.

Trong quá trình thử nghiệm, các giá trị của lực uốn và độ võng được ghi lại. Các đặc tính vật liệu sau đó được xác định. Toàn bộ chuỗi thử nghiệm được hiển thị theo đường cong ứng suất và cũng có thể được ghi lại bằng máy quay video. Kiểm tra uốn cong được thực hiện để có được thông tin về hành vi uốn của vật liệu thử nghiệm từ ứng suất uốn một trục. Trong trường hợp vật liệu giòn, cường độ uốn được xác định theo cách này. Xử lý vật liệu dẻo, điểm giới hạn chảy, góc uốn lớn nhất có thể cũng như mô đun Young được xác định, trong trường hợp biến dạng đàn hồi.

Trong quá trình kiểm tra vật liệu bằng cách sử dụng kiểm tra uốn cong, các hệ thống đo quang học hiện đại với camera độ phân giải cao cung cấp hình ảnh chính xác của mẫu kiểm tra. Đối với việc ghi lại tài liệu của mẫu phẳng, các thiết bị có một camera duy nhất thường là đủ. Hình học mẫu phức tạp hơn có thể được đo chính xác bằng hai camera. Đầu tiên, người kiểm tra vật liệu áp dụng mẫu chấm ngẫu nhiên cho mẫu hoặc sử dụng cấu trúc bề mặt hiện có. Hệ thống đo quang học sử dụng các thuật toán tương quan hình ảnh: Trong các hình ảnh có độ phân giải cao, họ nhận ra sự biến dạng gây ra bởi kiểm tra uốn cong và sau đó tính toán độ lệch bằng cách sử dụng tọa độ pixel của mẫu chấm.

Nếu ứng suất uốn trong mẫu làm bằng vật liệu dẻo thấp hơn ứng suất giới hạn của biến dạng dẻo, ứng suất uốn luôn là đàn hồi. Khi ứng suất uốn tăng lên, cường độ năng suất (ứng suất tới hạn) được vượt quá trước tiên trong các khu vực ngoại vi của mẫu thử. Những khu vực này sau đó biến dạng dẻo (cái gọi là dòng vật liệu). Điểm năng suất giới hạn là ứng suất uốn giới hạn mà các vật liệu dễ biến dạng có thể được nạp bằng cách uốn cong mà không bị biến dạng vĩnh viễn ở vùng biên.

Thời điểm xảy ra loại biến dạng này có thể được xác định trực tiếp từ đầu đục thử nghiệm: Độ võng được đo liên quan đến lực tác dụng. Các giá trị được xác định được thể hiện trong biểu đồ lực lệch. Với độ võng tăng đều đặn, ngày càng có nhiều khu vực bên trong của mẫu thử tham gia vào biến dạng dẻo. Đây là kết quả của sự gia tăng ứng suất. Đối với thép, ví dụ, điểm hiệu suất giới hạn cao hơn từ 10 đến 20 phần trăm so với cường độ hiệu suất do sự gia tăng ứng suất tuyến tính. Nếu vượt quá cường độ năng suất trong các sợi cạnh trong quá trình thử nghiệm uốn, các sợi chịu áp lực đàn hồi bên trong và độc quyền cản trở dòng chuyển động.

Kiểm tra uốn bằng vật liệu dẻo khác với kiểm tra được thực hiện bằng vật liệu giòn: Vật liệu cứng có thể bị biến dạng dẻo cực độ, nhưng chúng không thể bị phá vỡ, bất kể lực tác dụng mạnh như thế nào. Trong trường hợp xấu nhất, mẫu thử sẽ được kéo qua giữa các ổ trục. Do đó, kiểm tra uốn với mẫu dẻo được hoàn thành khi vượt quá điểm giới hạn. Độ bền uốn của vật liệu dẻo được xác định bởi thời điểm xảy ra biến dạng dẻo.

Các mẫu vật làm từ vật liệu giòn cho thấy hành vi uốn cong khác nhau trong quá trình kiểm tra vật liệu. Chúng vỡ mà không có trạng thái dòng vật liệu có thể nhìn thấy rõ ràng. Do đó, việc xác định điểm giới hạn phức tạp hơn đối với vật liệu giòn. Tuy nhiên, để có thể xác định cường độ uốn, ứng suất uốn tối đa mà tại đó các đứt gãy mẫu được xác định. Mặc dù, độ bền uốn là một giá trị hư cấu không giống với ứng suất uốn thực sự xảy ra trong vật liệu. Một đặc điểm khác của thử nghiệm uốn với vật liệu giòn là độ lệch gãy. Thuật ngữ kỹ thuật này mô tả độ lệch lớn nhất có thể của một mẫu vật ngay trước khi gãy.

Độ võng đứt gãy phụ thuộc vào chiều rộng hỗ trợ: Khoảng cách lớn hơn giữa các ổ trục cho phép độ lệch lớn hơn. Để kiểm tra độ bền của vật liệu giòn, kiểm tra uốn cong thường phù hợp hơn thử nghiệm độ bền kéo, bởi vì vật liệu chỉ chịu ứng suất uốn. Nếu mẫu này phải chịu thử nghiệm độ bền kéo, mẫu sẽ bị vỡ sớm và các vấn đề đo lường sẽ xảy ra. Do đó, đối với một số vật liệu giòn nhất định, kiểm tra độ bền kéo được thay thế bằng kiểm tra uốn cong. Theo DIN EN ISO 178, các vật liệu quan trọng này bao gồm tấm ép nhiệt và vật liệu đúc, hợp chất ép phun nhựa nhiệt dẻo và nhựa gia cố sợi.

Khi kiểm tra vật liệu bằng kiểm tra uốn cong, cần phân biệt giữa kiểm tra uốn cong 1, 3 và 4 điểm, tùy thuộc vào số lượng điểm áp suất và loại giá đỡ mẫu.

Thử nghiệm uốn được thực hiện với các mẫu tiêu chuẩn và ba hoặc bốn điểm áp suất (thử nghiệm uốn 3 điểm, 4 điểm). Chúng dẫn đến sự phá hủy mẫu vật hoặc biến dạng dẻo (chỉ với các vật liệu dễ uốn). Thế hệ mới nhất của đo lường quang học mang lại kết quả chính xác hơn nhiều so với các quy trình đo lường thông thường.