Curva de tres puntos

El ensayo de flexión en tres puntos es un método muy utilizado para determinar las propiedades de flexión de los materiales. Consiste en aplicar una carga en el punto medio de una probeta apoyada en dos puntos, creando una fuerza de flexión. A medida que aumenta la carga, la probeta experimenta esfuerzos de tracción y compresión, con tracción en el lado opuesto a la aplicación de la carga y compresión en el lado bajo la nariz de carga. El ensayo continúa hasta que la probeta se fractura o alcanza su flexión máxima.

Los parámetros clave derivados de este ensayo incluyen

• Resistencia a la flexión: la tensión máxima experimentada por las fibras más externas antes de la rotura.
• Módulo de elasticidad en flex ión: relación entre la tensión y la deformación en la región elástica, que indica la rigidez del material en flexión.
• Comportamiento tensión-deformación en flexión: relación entre la tensión aplicada y la deformación resultante, que muestra las características de deformación elástica y plástica.

El método se valora por su sencillez, repetibilidad y capacidad de producir datos críticos sobre el comportamiento en flexión de materiales que van desde los polímeros hasta los compuestos y los metales.

Los ensayos de resistencia a la flexión proporcionan a ingenieros, diseñadores e investigadores información esencial sobre cómo responde un material a las fuerzas de flexión. Esta información ayuda a evaluar la idoneidad para aplicaciones estructurales, comprender los modos de fallo y garantizar que los productos cumplen las normas de rendimiento.

Las industrias utilizan estos ensayos para una amplia gama de aplicaciones, como:

• Componentes de automoción como carcasas de plástico, paneles embellecedores y piezas bajo el capó, donde la resistencia a la flexión afecta a la durabilidad y la seguridad.
• Estructuras aeroespaciales, como paneles y carenados de materiales compuestos, en las que debe mantenerse la rigidez al tiempo que se reduce el peso.
• Materiales de construcción, como vigas de madera y paneles laminados, en los que la fiabilidad a largo plazo es fundamental.
• Productos de consumo, desde equipamiento deportivo hasta embalajes, en los que el comportamiento a la flexión influye en la facilidad de uso y la vida útil.

Al identificar los puntos débiles antes de la producción o la instalación, los ensayos de flexión reducen los riesgos de fallo, garantizan el cumplimiento de las especificaciones de diseño y apoyan la innovación en el desarrollo de materiales.

Preparación y procedimiento de la prueba

El ensayo comienza con la preparación de una probeta, a menudo una barra rectangular, de materiales como plásticos, compuestos, madera o metales. La probeta se coloca sobre dos soportes y se coloca una punta de carga en su punto medio. La longitud del vano, que es la distancia entre los soportes, suele fijarse de acuerdo con una relación estándar, por ejemplo 16:1 para las probetas de plástico(vano/profundidad).

Durante el ensayo:

• La punta de carga se mueve hacia abajo a una velocidad controlada, aplicando fuerza a la probeta.
• La fuerza y la deflexión se miden continuamente hasta que se alcanza la fractura o el desplazamiento máximo.
• Los datos de carga-deformación resultantes se utilizan para calcular la resistencia a la flexión, el módulo y la deformación.

La nariz de carga y los soportes se diseñan con radios específicos para minimizar las concentraciones de tensión y evitar fallos prematuros.

Condiciones de ensayo y factores de precisión

La precisión de los resultados depende del control preciso de los parámetros de ensayo, entre los que se incluyen:

• Preparación y acondicionamiento de la muestra, garantizando la coherencia de la geometría, el acabado superficial y las condiciones de almacenamiento previas al ensayo.
• Velocidad de la cruceta y velocidad de carga, ajustadas según la norma pertinente para mantener la comparabilidad.
• Longitud y alineación del tramo, para evitar una distribución desigual de la tensión.
• Radios de apoyo y de la nariz de carga, adaptados al tamaño de la probeta y al tipo de material.
• Control ambiental, ya que la temperatura y la humedad pueden afectar a materiales como los polímeros y la madera.

La calibración periódica de la máquina de ensayo y los dispositivos es esencial para la trazabilidad y el cumplimiento de las normas.

En un ensayo de flexión en tres puntos, la fuerza se aplica en un único punto medio. En un ensayo de flexión en cuatro puntos, dos puntas de carga distribuyen la carga sobre una sección mayor de la probeta. Esto crea un momento de flexión constante entre los puntos de carga y puede ser más eficaz para detectar determinados modos de fallo.

La flexión en tres puntos es más sencilla, requiere una fijación menos compleja y es adecuada para ensayos comparativos o cuando la cantidad de material es limitada. La flexión en cuatro puntos es preferible para evaluar el fallo en la región central de una probeta sin los efectos de cizalladura añadidos de un único punto de carga.

Sistemas de precisión para ensayos de flexión

Los ensayadores electromecánicos de Mecmesin, incluyendo las gamas MultiTest-dV y OmniTest, están diseñados para aplicaciones de baja a alta fuerza, ofreciendo un control preciso de la carga y el desplazamiento. Estos sistemas proporcionan una fina resolución y estabilidad, haciéndolos ideales para materiales donde la sensibilidad a la deformación es importante.

Fijaciones y compatibilidad con bastidores de carga

Las plantillas de flexión ajustables se adaptan a una gran variedad de anchuras, grosores y longitudes de las probetas. Los dispositivos son compatibles con extensómetros para la medición de la deformación y pueden personalizarse para geometrías de probeta inusuales. Esta flexibilidad permite realizar ensayos precisos en una amplia gama de materiales.

Software de control de ensayos y análisis de datos

El software VectorPro permite visualizar en tiempo real las curvas de carga frente a deflexión y automatizar cálculos como la resistencia a la flexión, el módulo y la deformación a la rotura. Los usuarios pueden crear rutinas de ensayo repetibles con criterios programados de apto o no apto, exportar datos en varios formatos y generar informes de conformidad.

Soporte y personalización de aplicaciones

El equipo de aplicaciones de Mecmesin trabaja con los clientes para seleccionar o diseñar la solución de ensayo óptima. Los servicios incluyen el diseño de dispositivos a medida, la calibración del sistema, la instalación y la formación, asegurando que el equipo está configurado para los requisitos de ensayo actuales y futuros.

El ensayo de flexión en tres puntos se rige por normas internacionales establecidas, entre las que se incluyen:

• ASTM D790 - método de ensayo estándar para las propiedades de flexión de plásticos reforzados y no reforzados.
• ISO 178: determinación de las propiedades de flexión de los plásticos, especificando la preparación de las muestras, la selección de los tramos y la velocidad de ensayo.

Existen procedimientos adicionales para materiales compuestos, espumas y materiales estructurales, que garantizan que los métodos de ensayo reflejen las propiedades únicas de cada tipo de material. Los sistemas Mecmesin pueden configurarse para cumplir estas normas en entornos de investigación, control de calidad y académicos.

Plásticos y termoplásticos

Losensayos de flexión revelan la rigidez, el límite elástico y el modo de fallo de los plásticos, lo que informa sobre la selección de materiales para aplicaciones de soporte de carga. Los resultados orientan las decisiones de diseño en bienes de consumo, componentes de automoción y envases.

Materiales compuestos reforzados con fibra

En los sectores aeroespacial, naval y de automoción, los ensayos de flexión detectan la delaminación y el agrietamiento de la matriz. Comprender estos modos de fallo ayuda a los ingenieros a optimizar las estructuras laminadas para aumentar su resistencia y durabilidad.

Madera y paneles de ingeniería

Para muebles, suelos y componentes de construcción, la resistencia a la flexión y las características de deformación son fundamentales. Los ensayos verifican el cumplimiento de los requisitos de rendimiento estructural y apoyan el desarrollo de nuevos productos de ingeniería de la madera.

Espumas y materiales ligeros

Desde embalajes de protección hasta núcleos aeroespaciales, estos materiales se someten a ensayos para evaluar la resistencia al aplastamiento y la capacidad de carga. Los ensayos de flexión cuantifican el rendimiento simulando las condiciones de carga del mundo real.

Mecmesin apoya a ingenieros, diseñadores e investigadores con soluciones de ensayo de flexión a medida para plásticos, composites, metales y materiales derivados de la madera. Nuestro equipo puede asesorarle en la selección de utillajes, personalizar plantillas para geometrías de muestra únicas y demostrar el cumplimiento de las normas ASTM D790, ISO 178 y otras normas relevantes. Póngase en contacto con nosotros para hablar de sus necesidades y estudiar la forma más eficaz de obtener resultados precisos y repetibles en sus ensayos de flexión en tres puntos.