เนื้อหา
- คำนิยามความต้านทานแรงดัดงอ
- การทดสอบสามจุดหรือสี่จุด
- การคำนวณความต้านทานแรงดัดงอแบบสามจุด
- การคำนวณความต้านทานแรงดัดงอแบบสี่จุดทดสอบ
การค้นหาว่าวัตถุสามารถรับแรงได้เท่าไรก่อนที่จะแตกหักมีประโยชน์ในหลาย ๆ สถานการณ์โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับวิศวกร สิ่งนี้จะต้องพิจารณาจากผลการทดลองซึ่งโดยหลักแล้วจะเกี่ยวข้องกับการเปิดเผยวัสดุเพื่อเพิ่มปริมาณของกำลังจนกว่ามันจะหักหรือโค้งอย่างถาวร แต่การคำนวณตามจริงเพื่อหาค่าความต้านทานแรงดัดงอของวัสดุอาจดูท้าทายมาก โชคดีที่หากคุณมีข้อมูลที่ถูกต้องคุณสามารถจัดการการคำนวณได้อย่างง่ายดาย
คำนิยามความต้านทานแรงดัดงอ
กำลังรับแรงดัด (หรือโมดูลัสการแตก) คือปริมาณของแรงที่วัตถุสามารถทำได้โดยไม่ทำให้แตกหักหรือเสียรูปถาวร หากนี่เป็นเรื่องยากที่จะเอาหัวไปคิดให้ไม้กระดานรองรับที่ปลายทั้งสอง หากคุณต้องการที่จะรู้ว่าไม้มีความแข็งแรงเพียงใดวิธีหนึ่งในการทดสอบก็คือการกดลงไปที่กึ่งกลางของไม้กระดานหนักขึ้นเรื่อย ๆ จนกว่ามันจะหัก แรงผลักสูงสุดที่สามารถทนต่อการแตกหักก่อนได้คือความต้านทานแรงดัดงอของไม้ ถ้าไม้อีกชิ้นมีความแข็งแรงกว่านี้ก็จะสนับสนุนกำลังที่ใหญ่กว่าก่อนที่จะแตกหัก
ความต้านทานแรงดัดงอจะบอกคุณถึงปริมาณความเครียดสูงสุดที่วัสดุสามารถรับได้ (ดังนั้นคุณอาจเห็นการอ้างอิงถึง "แรงดัดโค้ง" ด้วย) และมันอ้างถึงเป็นแรง (เป็นนิวตันหรือปอนด์แรง) ต่อหน่วยพื้นที่ (หน่วยเมตรกำลังสองหรือ ตารางนิ้ว)
การทดสอบสามจุดหรือสี่จุด
มีสองวิธีในการทดสอบกำลังรับแรงดัด แต่ก็คล้ายกันมาก ตัวอย่างรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้ายาวของวัสดุได้รับการสนับสนุนที่ปลายของมันดังนั้นจึงไม่มีการสนับสนุนในช่วงกลาง แต่ปลายมีความแข็งแรง โหลดหรือแรงจะถูกนำไปใช้กับส่วนตรงกลางจนกว่าวัสดุจะแตก
สำหรับการทดสอบการดัดงอสามจุดโหลดที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องจะถูกนำไปใช้ที่กึ่งกลางของตัวอย่างจนกว่าจะมีการแตกหรืองอถาวรในวัสดุ เครื่องทดสอบแรงดัดงอสามารถใช้แรงเพิ่มขึ้นและบันทึกปริมาณแรงที่จุดแตกหักได้อย่างแม่นยำ
การทดสอบการดัดงอสี่จุดนั้นคล้ายคลึงกันมากยกเว้นการทดสอบแรงกระทำที่จุดสองจุดพร้อมกัน เป็นการง่ายที่สุดในการคำนวณค่าความต้านทานแรงดัดงอเมื่อมีการใช้แรงหรือแรงเพียงหนึ่งในสามระหว่างทางระหว่างส่วนรองรับกับส่วนที่สองจะใช้สองในสามของทางระหว่างพวกมัน ดังนั้นในตัวอย่างนี้กลางที่สามของตัวอย่างจะมีแรงที่ใช้กับทั้งสองด้านของมัน
การคำนวณความต้านทานแรงดัดงอแบบสามจุด
สำหรับการทดสอบสามจุดความต้านทานแรงดัดงอ (ให้สัญลักษณ์ σ) สามารถคำนวณได้โดยใช้:
σ = 3FL / 2wd2
สิ่งนี้อาจดูน่ากลัวในตอนแรก แต่เมื่อคุณรู้ว่าสัญลักษณ์แต่ละตัวมีความหมายว่าอย่างไรมันเป็นสมการที่ใช้ง่าย
F หมายถึงกำลังสูงสุดที่ใช้ L คือความยาวของตัวอย่าง W คือความกว้างของตัวอย่างและ d คือความลึกของตัวอย่าง ดังนั้นเพื่อคำนวณความต้านทานแรงดัดงอσ) คูณแรงด้วยความยาวของตัวอย่างจากนั้นคูณด้วยสาม จากนั้นคูณความลึกของตัวอย่างด้วยตัวเอง (เช่นสี่เหลี่ยมจัตุรัส) คูณผลลัพธ์ด้วยความกว้างของตัวอย่างแล้วคูณด้วยสอง สุดท้ายหารผลลัพธ์แรกด้วยอันดับที่สอง
ในหน่วย SI ความยาวความกว้างและความลึกจะถูกวัดเป็นเมตรในขณะที่แรงจะถูกวัดในนิวตันพร้อมกับผลลัพธ์เป็น pascals (Pa) หรือนิวตันต่อเมตรกำลังสอง ในหน่วยอิมพีเรียลความยาวความกว้างและความลึกจะวัดเป็นนิ้วและแรงจะวัดเป็นแรงปอนด์โดยมีหน่วยเป็นปอนด์ต่อตารางนิ้ว
การคำนวณความต้านทานแรงดัดงอแบบสี่จุดทดสอบ
การทดสอบสี่จุดใช้สัญลักษณ์เดียวกับการคำนวณการทดสอบสามจุดแต่ด้วยการสันนิษฐานว่ามีการใช้แรงหรือแรงสองอย่างเพื่อให้พวกมันแยกตัวอย่างออกเป็นสามส่วนมันดูง่ายกว่ามาก:
σ = FL / wd2
โปรดทราบว่านี่เป็นสิ่งเดียวกับสูตรสำหรับการทดสอบสามจุด แต่ไม่มีปัจจัย 3/2 เพียงคูณแรงที่ใช้กับความยาวแล้วหารด้วยความกว้างของวัสดุคูณด้วยความลึกของมัน