3点曲げ

三点曲げ試験は、材料の曲げ特性を測定するために広く用いられている方法です。この試験では、2点で支持された試験片の中央に荷重を加え、曲げ力を発生させます。荷重が増加すると、試験片は引張応力と圧縮応力の両方を受けます。荷重がかかった側とは反対側では引張応力が、荷重先端の下側では圧縮応力が加わります。試験は、試験片が破断するか最大たわみに達するまで続けられます。

このテストから得られる主なパラメータは次のとおりです。

• 曲げ強度- 破損前に最外層の繊維が受ける最大応力。
• 曲げ弾性係数- 弾性領域における応力と歪みの比率であり、曲げにおける材料の剛性を示します。
• 曲げにおける応力-ひずみ挙動- 加えられた応力と結果として生じるひずみの関係。弾性変形特性と塑性変形特性の両方を示します。

この方法は、そのシンプルさ、再現性、そしてポリマーから複合材料や金属に至るまでの材料の曲げ性能に関する重要なデータを生成する能力が高く評価されています。

曲げ強度試験は、エンジニア、設計者、研究者に、材料が曲げ力に対してどのように反応するかに関する重要な知見を提供します。この情報は、構造用途への適合性の評価、破損モードの理解、そして製品が性能基準を満たしていることを確認するのに役立ちます。

業界では、次のような幅広いアプリケーションでこのテストを使用しています。

• プラスチックハウジング、トリムパネル、ボンネット下の部品などの自動車部品では、曲げ抵抗が耐久性と安全性に影響します。
• 複合パネルやフェアリングなどの航空宇宙構造では、重量を軽減しながらも剛性を維持する必要がります。
• 長期的な耐荷重信頼性が重要となる、人工木材梁や積層パネルなどの建築資材。
• スポーツ用具から包装材に至るまで、曲げ挙動が使いやすさと寿命に影響を与える消費者向け製品。

曲げ試験は、製造または設置前に弱点を特定することで、破損リスクを軽減し、設計仕様への準拠を保証し、材料開発における革新をサポートします。

テストのセットアップと手順

試験は、プラスチック、複合材、木材、金属などの材料から試験片（通常は長方形の棒）を作製することから始まります。試験片は2つの支持台の上に設置され、その中央に荷重ノーズが取り付けられます。支持台間の距離であるスパン長は、通常、標準的な比率に従って設定されます。例えば、プラスチック試験片の場合は16:1（スパン：深さ）です。

テスト中:

• ローディングノーズは制御された速度で下方に移動し、試験片に力を加えます。
• 破損または最大変位に達するまで、力とたわみが継続的に測定されます。
• 得られた荷重-たわみデータは、曲げ強度、弾性率、およびひずみを計算するために使用されます。

荷重ノーズとサポートは、応力の集中を最小限に抑え、早期の破損を防ぐために特定の半径で設計されています。

試験条件と精度要因

正確な結果を得るには、次のようなテストパラメータを正確に制御する必要があります。

• サンプルの準備と調整により、一貫した形状、表面仕上げ、およびテスト前の保管条件が確保されます。
• 比較可能性を維持するために、関連する規格に従って設定されたクロスヘッド速度と負荷率。
• スパンの長さと配置により、不均一な応力の分散を防止します。
• 試験片のサイズと材料の種類に合わせたサポートおよび荷重ノーズ半径。
• 温度や湿度はポリマーや木材などの材料に影響を及ぼす可能性があるため、環境制御が必要です。

試験機と治具の定期的な校正は、トレーサビリティと規格への準拠にとって不可欠です。

3点曲げ試験では、試験片の中央部に力が加わります。4点曲げ試験では、2つの荷重ノーズが試験片のより広い範囲に荷重を分散させます。これにより、荷重点間に一定の曲げモーメントが生じ、特定の破壊モードの検出に効果的です。

3点曲げはよりシンプルで、複雑な治具を必要としないため、比較試験や材料の量が限られている場合に適しています。4点曲げは、単一の荷重点からのせん断効果を加えずに試験片の中央領域における破壊を評価するのに適しています。

曲げ試験用精密システム

Mecmesinの電気機械式試験機（MultiTest-dVシリーズおよびOmniTestシリーズを含む）は、低荷重から高荷重までのアプリケーション向けに設計されており、精密な荷重および変位制御を提供します。これらのシステムは優れた分解能と安定性を備えており、変形に対する感度が重要な材料に最適です。

固定具と荷重フレームの互換性

調整可能な曲げ治具は、様々な試験片の幅、厚さ、スパン長に対応します。治具はひずみ測定用の伸び計と互換性があり、特殊な試験片形状に合わせてカスタマイズすることも可能です。この柔軟性により、幅広い材料に対して正確な試験が可能になります。

テスト制御およびデータ分析用のソフトウェア

VectorProソフトウェアは、荷重-たわみ曲線をリアルタイムで可視化し、曲げ強度、弾性率、破断ひずみなどの計算を自動化します。ユーザーは、合否基準をプログラムした繰り返し可能な試験ルーチンを作成し、複数の形式でデータをエクスポートし、コンプライアンス対応のレポートを生成することができます。

アプリケーションのサポートとカスタマイズ

Mecmesinのアプリケーションチームは、お客様と協力して最適な試験ソリューションの選択または設計を行います。サービスには、カスタムフィクスチャの設計、システムのキャリブレーション、設置、トレーニングが含まれており、機器が現在および将来の試験要件の両方に対応できるよう構成されます。

3 点曲げ試験は、次のような確立された国際規格によって規制されています。

• ASTM D790 - 非強化プラスチックおよび強化プラスチックの曲げ特性の標準試験方法。
• ISO 178 - プラスチックの曲げ特性の測定、試験片の準備、スパンの選択、試験速度の指定。

複合材料、発泡材、構造材料については追加の手順が用意されており、試験方法が各材料固有の特性を反映することを保証します。Mecmesinシステムは、研究、品質管理、学術研究の環境においてこれらの基準を満たすように構成できます。

プラスチックと熱可塑性プラスチック

曲げ試験は、プラスチックの剛性、降伏点、破壊モードを明らかにし、荷重支持用途における材料選定に役立ちます。試験結果は、消費財、自動車部品、包装における設計判断の指針となります。

繊維強化複合材料

航空宇宙、海洋、自動車分野では、曲げ試験によって層間剥離やマトリックス割れを検出します。これらの破壊モードを理解することで、エンジニアは積層構造の強度と耐久性を最適化することができます。

木材とエンジニアリングパネル

家具、床材、建築部材にとって、曲げ強度と変形特性は非常に重要です。試験は、構造性能要件への適合性を検証し、新しいエンジニアリングウッド製品の開発をサポートします。

フォームと軽量素材

保護包装から航空宇宙用コアまで、これらの材料は耐圧潰性と耐荷重性を評価するために試験されます。曲げ試験では、実際の荷重条件をシミュレートしながら性能を定量化します。

Mecmesinは、プラスチック、複合材、金属、木材などの材料に最適な曲げ試験ソリューションを提供することで、エンジニア、設計者、研究者の皆様をサポートしています。治具選定に関するアドバイス、独自のサンプル形状に合わせた治具のカスタマイズ、 ASTM D790 、 ISO 178 、その他の関連規格への適合性検証など、幅広いサポートを提供しています。お客様のご要望をお聞かせいただき、3点曲げ試験において正確で再現性の高い結果を得るための最適な方法をご提案いたしますので、ぜひお問い合わせください。