弯曲试验

弯曲试验用于获取材料在工业使用或研发中的弯曲特性信息。在此过程中，会使用不同的检具。

弯曲试验（弯曲拉伸试验）是一种测试材料弯曲强度和其他重要特性的方法。破坏性材料测试适用于塑料、纤维增强塑料（FRP）、金属和陶瓷材料。弯曲试验的流程类似。根据压力点的数量和测试样品的支撑情况，可分为以下几类：

• 单点弯曲试验
• 三点弯曲试验
• 四点弯曲试验

在弯曲试验中，将标准化（通常为圆柱形）样品放置在检具中心。圆形支撑辊（轴承）以一定距离（支撑宽度）平行排列。圆柱形样品的直径与轴承的支撑宽度成正比。测试冲头以恒定速度缓慢向下移动，以逐渐增加的力加载样品，直到样品断裂或达到预定的变形。弯曲试验中施加的最大载荷称为断裂力。

在试验过程中，记录弯曲力和挠度的值。然后确定材料特性。整个试验过程显示为应力-应变曲线，还可以用摄像机记录下来。进行弯曲试验的目的是从单轴弯曲应力中获取有关被测材料弯曲行为的信息。对于脆性材料，弯曲强度就是这样确定的。对于韧性材料，在弹性变形的情况下，可确定极限屈服点、最大可能弯曲角度以及杨氏模量。

在使用弯曲试验进行材料检测时，配备高分辨率相机的现代光学测量系统可提供测试样品的精准图像。对于平面样品，通常只需配备一台相机即可进行拍摄。使用两台相机可以精准测量更复杂的样品几何形状。材料测试仪首先在样品上绘制随机点图案，或使用现有的表面结构。光学测量系统使用图像相关算法：在高分辨率图像中可识别出弯曲试验造成的变形，然后利用点图案的像素坐标计算出挠度。

如韧性材料样品的弯曲应力低于塑性变形的极限应力，则弯曲应力完全是弹性的。随着弯曲应力的增加，样品外围区域首先超过屈服强度（临界应力）。然后，这些区域会发生塑性变形（即所谓的材料流动）。极限屈服点是弯曲应力的极限值，在此值范围内，易变形材料可以通过弯曲加载而不会在边缘区域产生永久变形。

这种变形发生的时刻可以直接通过测试冲头确定：测量的挠度与施加的力有关。所得数值显示在挠度-力曲线图中。随着挠度的稳步增加，越来越多的样品内部区域卷入到塑性变形中。这是应力增加的结果。以钢材为例，由于线性应力增加，极限屈服点比屈服强度高10%至20%。如在弯曲试验过程中边缘纤维超出了屈服强度，则内部和专门承受弹性应力的纤维会阻碍流动运动。

韧性材料的弯曲试验不同于脆性材料的弯曲试验：韧性材料可以承受极大的塑性变形，但无论施加多大的力，它们都不会断裂。在最糟糕的情况下，样品会在轴承之间被拉穿。因此，当超过屈服点时，韧性样品的弯曲试验就结束了。韧性材料的弯曲强度取决于发生塑性变形的时间点。

脆性材料制成的样品在材料测试过程中会出现不同的弯曲行为。它们断裂时没有明显的材料流动行为。因此，对于脆性材料来说，极限屈服点的确定更为复杂。不过，仍可通过确定样品断裂时的最大弯曲应力来确定弯曲强度。然而，弯曲强度是一个虚拟值，与材料中实际产生的弯曲应力并不完全相同。脆性材料弯曲试验的另一个特点是断裂挠度。这一术语描述的是样品在断裂前可能达到的最大挠度。

断裂挠度取决于支撑宽度：轴承之间的距离越大，挠度就越大。为了检测脆性材料的强度，弯曲试验往往比拉伸试验更合适，因为材料只承受弯曲应力。如对该样品进行拉伸试验，可能会过早断裂，从而导致测量问题。因此，对于某些脆性材料，拉伸试验通常被弯曲试验所取代。根据DIN EN ISO 178标准，这些关键材料包括热固性板材和成型材料、热注塑成型化合物和纤维增强塑料。

在使用弯曲试验测试材料时，根据压力点的数量和样品支撑的类型，可分为单点、三点和四点弯曲试验。

弯曲试验通常使用标准样品，结合三个或四个压力点（三点或四点弯曲试验）进行。这些试验要么导致样品破坏，要么导致样品塑性变形（仅限韧性材料）。与传统测量流程相比，新一代的光学测量技术能提供更精准的结果。