Prueba de flexión de cuatro puntos

Ensayo mecánico de materiales.

La prueba de flexión de cuatro puntos proporciona valores para el módulo de elasticidad en flexión , tensión de flexión , deformación por flexión y la respuesta tensión-deformación por flexión del material. Esta prueba es muy similar a la prueba de flexión de flexión de tres puntos . La principal diferencia es que con la adición de un cuarto soporte, la porción de la viga entre los dos puntos de carga se somete a la tensión máxima, a diferencia de solo el material justo debajo del soporte central en el caso de flexión de tres puntos. ${\displaystyle E_{f}}$ ${\displaystyle \sigma _{f}}$ ${\displaystyle \varepsilon _{f}}$

Esta diferencia es de primordial importancia cuando se estudian materiales frágiles , donde el número y la gravedad de los defectos expuestos a la tensión máxima está directamente relacionado con la resistencia a la flexión y la iniciación de la grieta . En comparación con el ensayo de flexión de flexión de tres puntos, en el ensayo de flexión de flexión de cuatro puntos no se producen fuerzas de corte en la zona entre los dos pasadores de carga. ^[1] Por lo tanto, el ensayo de flexión en cuatro puntos es especialmente adecuado para materiales frágiles que no pueden soportar muy bien las tensiones de corte .

Es uno de los aparatos más utilizados para caracterizar la fatiga y la rigidez a la flexión de mezclas asfálticas. ^[2]

Método de prueba

El método de prueba para realizar la prueba generalmente implica un dispositivo de prueba específico en una máquina de prueba universal . Los detalles de la preparación, el acondicionamiento y la realización de la prueba afectan los resultados de la prueba. La muestra se coloca sobre dos pasadores de soporte a una distancia determinada y dos pasadores de carga colocados a la misma distancia alrededor del centro. Estas dos cargas se bajan desde arriba a una velocidad constante hasta que falla la muestra.

Cálculo de la tensión de flexión. ${\displaystyle \sigma _{f}}$

Carga de flexión de 4 puntos

${\displaystyle \sigma _{f}={\frac {3}{4}}{\frac {FL}{bd^{2}}}}$^[3] para ensayo de flexión de cuatro puntos donde el tramo de carga es la mitad del tramo de soporte (sección transversal rectangular)

${\displaystyle \sigma _{f}={\frac {FL}{bd^{2}}}}$^[4] para ensayo de flexión en cuatro puntos donde el tramo de carga es 1/3 del tramo de soporte (sección transversal rectangular)

${\displaystyle \sigma _{f}={\frac {3}{2}}{\frac {FL}{bd^{2}}}}$^[5] para ensayo de flexión en tres puntos (sección transversal rectangular)

en estas fórmulas se utilizan los siguientes parámetros:

• ${\displaystyle \sigma _{f}}$ = Tensión en las fibras externas en el punto medio, ( MPa )
• ${\displaystyle F}$ = carga en un punto dado de la curva de deflexión de carga, ( N )
• ${\displaystyle L}$ = Luz de soporte, (mm)
• ${\displaystyle b}$ = Ancho del haz de prueba, (mm)
• ${\displaystyle d}$ = Profundidad o espesor de la viga ensayada, (mm)

Ventajas y desventajas

Las ventajas de los ensayos de flexión de tres y cuatro puntos sobre los ensayos de tracción uniaxiales incluyen:

• geometrías de muestra más simples
• Se requiere un mecanizado mínimo de muestra.
• dispositivo de prueba simple
• posibilidad de utilizar materiales ya fabricados ^[6]

Las desventajas incluyen:

• Distribuciones de tensiones integrales más complejas a través de la muestra.

Aplicación con diferentes materiales.

Cerámica

Las cerámicas suelen ser muy frágiles y su resistencia a la flexión depende tanto de su dureza inherente como del tamaño y la gravedad de los defectos. Exponer un gran volumen de material a la tensión máxima reducirá la resistencia a la flexión medida porque aumenta la probabilidad de que las grietas alcancen una longitud crítica con una carga aplicada determinada. Los valores de resistencia a la flexión medidos con flexión de cuatro puntos serán significativamente más bajos que con flexión de tres puntos. ^[7] En comparación con la prueba de flexión de tres puntos , este método es más adecuado para la evaluación de la resistencia de muestras de juntas a tope. La ventaja de la prueba de flexión de cuatro puntos es que una porción más grande de la muestra entre dos pasadores de carga internos está sujeta a un momento de flexión constante y, por lo tanto, el posicionamiento de la región de la junta es más repetible. ^[8]

Materiales compuestos

Plástica

Estándares

• ASTM C1161: Método de prueba estándar para la resistencia a la flexión de cerámicas avanzadas a temperatura ambiente
• ASTM D6272: Método de prueba estándar para propiedades de flexión de plásticos reforzados y no reforzados y materiales aislantes eléctricos mediante flexión de cuatro puntos
• ASTM C393: Método de prueba estándar para las propiedades de corte del núcleo de construcciones tipo sándwich mediante flexión de vigas
• ASTM D7249: Método de prueba estándar para las propiedades de revestimiento de construcciones tipo sándwich mediante flexión de vigas largas
• ASTM D7250: Práctica estándar para determinar la rigidez a la flexión y al corte de una viga tipo sándwich

Ver también

• Doblar
• Ecuación del haz de Euler-Bernoulli
• Fuerza flexible
• Prueba de flexión de tres puntos
• Lista de momentos de inercia del área.
• Segundo momento del área.

Referencias

1. tec-ciencia (13 de julio de 2018). "Ensayo de flexión y flexión". tec-ciencia . Consultado el 9 de noviembre de 2019 .
2. País y Harvey (Eds) (2012). Doblado en cuatro puntos. Grupo Taylor y Francis. ISBN 978-0-415-64331-3.
3. ASTM C1161
4. ASTMD6272
5. ASTM C1161
6. Davis, José R. (2004). Ensayos de tracción (2ª ed.). ASM Internacional. ISBN 978-0-87170-806-9.
7. ASTM C1161-13, sección 4: http://www.astm.org/Standards/C1161.htm
8. Hasanabadi, M. Fakouri; Faghihi-Sani, MA; Kokabi, AH; Groß-Barsnick, SM; Malzbender, J. (septiembre de 2018). "Resistencia a la flexión a temperatura ambiente y alta de un material de sellado de celda de electrólisis/combustible de óxido sólido estable". Cerámica Internacional . 45 : 733–739. doi :10.1016/j.ceramint.2018.09.236. ISSN  0272-8842. S2CID  139543143.

enlaces externos

• ASTM C1161: Método de prueba estándar para la resistencia a la flexión de cerámicas avanzadas a temperatura ambiente
• ASTM D6272: Método de prueba estándar para propiedades de flexión de plásticos reforzados y no reforzados y materiales aislantes eléctricos mediante flexión de cuatro puntos
• ASTM C393: Método de prueba estándar para las propiedades de corte del núcleo de construcciones tipo sándwich mediante flexión de vigas
• ASTM D7249: Método de prueba estándar para las propiedades de revestimiento de construcciones tipo sándwich mediante flexión de vigas largas
• ASTM D7250: Práctica estándar para determinar la rigidez a la flexión y al corte de una viga tipo sándwich
• ASTM C78: Método de prueba estándar para la resistencia a la flexión del concreto (usando una viga simple con carga en el tercer punto)