3弯曲实验

三、材料弯曲实验
一、概述
弯曲实验测定材料承受弯曲载荷时的力学特性，是材料机械性能试验的基本方法之一。

弯曲试验主要用于测定脆性和低塑性材料(如铸铁、高碳钢、工具钢等)的抗弯强度并能反映塑性指标的挠度。

弯曲试验还可用来检查材料的表面质量。

弯曲试验在万能材料机上进行，有三点弯曲和四点弯曲两种加载荷方式。

试样的截面有圆形和矩形，试验时的跨距一般为直径的10倍。

二、实验目的
1. 学会测试脆性和塑性材料的抗弯强度和塑性的原理和方法；
2. 测定给定材料的抗弯强度和断裂扰度；
3. 学习实验机和相关仪器的操作使用。

三、实验仪器、材料
万能材料试验机、游标卡尺、钢直尺、矩形截面陶瓷试样等。

四、实验原理
本次试验使用电测法测定梁在纯弯曲时沿截面高度的正应力分布，验
证纯弯曲梁的正应力计算公式。

弯曲实验时试样承受弯矩作用后，其内部应力主要是正应力。

断面上的应力分布是不均匀的，表面应力最大，中心为零。

可以较为灵敏地反映出材料的便面缺陷情况，以此检验材料的表面质量。

弯曲试验时可以用试样弯曲的挠度显示材料的塑性，这样可以有效地测定脆性材料或低塑性材料的塑性。

弯曲实验所用试样形状简单，操作方便。

弯曲试验的方法分为三点弯曲和四点弯曲，弯曲试件主要有矩形截面和圆形截面两种，通常用弯曲试件的最大挠度f max 表示材料的变形性能。

试验时，在试件跨距的中心测定挠度，绘成弯曲力-挠度曲线，称为弯曲图(见图1)。

对于高塑性材料，弯曲试验不能使试件发生断裂，其曲线的最后部分可延伸很长，因此，弯曲试验难以测得塑性材料的强度，而且实验结果的分析也很复杂，
图1 弯曲力-挠度曲线及F pb 和F bb 的确定
故塑性材料的力学性能由拉伸试验测定，而不采用弯曲试验。

对于脆性材料，可根据弯曲图求得抗弯强度,即：
σbb =M
其中
M-------- 最大弯矩，三点弯曲时，M =
FL
4
,四点弯曲时M =FL 2
；
W-------- 试样抗弯截面系数。

直径为d 的圆柱式样，W =πd 232
，宽度
为b ，高度为h 的矩形试样，W =
bh 26。

弯曲实验还可以测定弯曲弹性模量，断裂挠度f bb ，等力学性能。

弹性模量E =L s
348I ×△F △f
矩形试样I =
bℎ312 △F △f
可以根据F-f 图读出。

弯曲试验的加载方式如图2所示。

五、实验步骤：
1. 课前预习：查阅材料弯曲性能试验相关国家标准，掌握试验原理；
2. 用游标卡尺测量试样尺寸；
3. 了解所用万能材料试验机构造原理和特性，学习操作规程和安全事项，掌握操
作方法；根据试样材料性质估算弯曲试验所需最大载荷，合理选择量程； 4. 确定跨距，选择合适三点弯曲夹具，装好试样，进行试验；
5. 试验结束后，按有关公式分别计算出三点弯曲强度和四点弯曲强度。

（a）三点弯曲
（b）四点弯曲
图2 弯曲试样加载方式。