Curva de três pontos

Um ensaio de flexão de três pontos é um método amplamente utilizado para determinar as propriedades de flexão dos materiais. Envolve a aplicação de uma carga no ponto médio de um espécime suportado em dois pontos, criando uma força de flexão. À medida que a carga aumenta, o provete sofre tensões de tração e compressão, com tensão no lado oposto à aplicação da carga e compressão no lado sob o nariz da carga. O teste continua até que o espécime se parta ou atinja a sua deflexão máxima.

Os principais parâmetros derivados deste ensaio incluem:

• Resistência à flexão - a tensão máxima sofrida pelas fibras mais externas antes da rutura.
• Módulo de elasticidade em flexão - a relação entre a tensão e a deformação na região elástica, indicando a rigidez do material em flexão.
• Comportamento tensão-deformação em flexão - a relação entre a tensão aplicada e a deformação resultante, mostrando as caraterísticas de deformação elástica e plástica.

O método é valorizado pela sua simplicidade, repetibilidade e capacidade de produzir dados críticos sobre o desempenho de flexão de materiais que vão desde polímeros a compósitos e metais.

Os ensaios de resistência à flexão fornecem aos engenheiros, projectistas e investigadores conhecimentos essenciais sobre a forma como um material responde às forças de flexão. Esta informação ajuda a avaliar a adequação para aplicações estruturais, a compreender os modos de falha e a garantir que os produtos cumprem as normas de desempenho.

As indústrias utilizam estes ensaios para uma vasta gama de aplicações, tais como:

• Componentes automóveis, como caixas de plástico, painéis de acabamento e peças sob o capô, onde a resistência à flexão afecta a durabilidade e a segurança.
• Estruturas aeroespaciais, incluindo painéis compostos e carenagens, onde a rigidez deve ser mantida enquanto se reduz o peso.
• Materiais de construção, como vigas de madeira e painéis laminados, em que a fiabilidade do suporte de carga a longo prazo é fundamental.
• Produtos de consumo, desde equipamento desportivo a embalagens, em que o comportamento à flexão influencia a usabilidade e o tempo de vida.

Ao identificar os pontos fracos antes da produção ou instalação, os ensaios de flexão reduzem os riscos de falha, garantem a conformidade com as especificações do projeto e apoiam a inovação no desenvolvimento de materiais.

Configuração e procedimento do ensaio

O ensaio começa com a preparação de uma amostra, frequentemente uma barra retangular, de materiais como plásticos, compósitos, madeira ou metais. O espécime é colocado em dois suportes e uma ponta de carga é posicionada no seu ponto médio. O comprimento do vão, que é a distância entre os suportes, é normalmente definido de acordo com um rácio padrão, por exemplo 16:1 para amostras de plástico(vão para profundidade).

Durante o ensaio:

• A ponta de carga move-se para baixo a uma velocidade controlada, aplicando força ao espécime.
• A força e a deflexão são medidas continuamente até que a fratura ou o deslocamento máximo seja atingido.
• Os dados resultantes da carga-deflexão são utilizados para calcular a resistência à flexão, o módulo e a deformação.

O nariz de carga e os suportes são concebidos com raios específicos para minimizar as concentrações de tensão e evitar falhas prematuras.

Condições de ensaio e factores de precisão

Os resultados exactos dependem do controlo preciso dos parâmetros de ensaio, incluindo:

• Preparação e condicionamento da amostra, assegurando uma geometria consistente, acabamento da superfície e condições de armazenamento antes do ensaio.
• Velocidade da cruzeta e taxa de carga, definidas de acordo com a norma relevante para manter a comparabilidade.
• Comprimento e alinhamento do vão, evitando a distribuição desigual da tensão.
• Raios de apoio e de ponta de carga, adaptados ao tamanho da amostra e ao tipo de material.
• Controlo ambiental, uma vez que a temperatura e a humidade podem afetar materiais como os polímeros e a madeira.

A calibração regular da máquina de ensaio e dos dispositivos de fixação é essencial para a rastreabilidade e conformidade com as normas.

Num teste de flexão de três pontos, a força é aplicada num único ponto médio. Num ensaio de flexão de quatro pontos, dois narizes de carga distribuem a carga por uma secção maior do espécime. Isto cria um momento de flexão constante entre os pontos de carga e pode ser mais eficaz na deteção de determinados modos de falha.

A flexão de três pontos é mais simples, requer uma fixação menos complexa e é adequada para testes comparativos ou quando a quantidade de material é limitada. A flexão de quatro pontos é preferível para avaliar a falha na região central de um espécime sem os efeitos de cisalhamento adicionais de um único ponto de carga.

Sistemas de precisão para testes de flexão

Os aparelhos de ensaio electromecânicos da Mecmesin, incluindo as gamas MultiTest-dV e OmniTest, foram concebidos para aplicações de baixa a alta força, oferecendo um controlo preciso da carga e da deslocação. Esses sistemas fornecem resolução e estabilidade finas, tornando-os ideais para materiais em que a sensibilidade à deformação é importante.

Compatibilidade de dispositivos e estruturas de carga

Os gabaritos de dobragem ajustáveis acomodam uma variedade de larguras, espessuras e comprimentos de extensão de amostras. Os dispositivos são compatíveis com extensómetros para medição de deformações e podem ser personalizados para geometrias de amostras invulgares. Esta flexibilidade permite ensaios precisos numa vasta gama de materiais.

Software para controlo de ensaios e análise de dados

O software VectorPro permite a visualização em tempo real das curvas de carga versus deformação e automatiza cálculos como a resistência à flexão, o módulo e a tensão de rotura. Os utilizadores podem criar rotinas de teste repetíveis com critérios de aprovação ou reprovação programados, exportar dados em vários formatos e gerar relatórios prontos para a conformidade.

Suporte e personalização de aplicações

A equipa de aplicações da Mecmesin trabalha com os clientes para selecionar ou conceber a solução de teste ideal. Os serviços incluem a conceção de equipamentos à medida, a calibração do sistema, a instalação e a formação, assegurando que o equipamento está configurado para os requisitos de teste actuais e futuros.

O ensaio de flexão de três pontos é regido por normas internacionais estabelecidas, incluindo:

• ASTM D790 - método de teste padrão para propriedades de flexão de plásticos não reforçados e reforçados.
• ISO 178 - determinação das propriedades de flexão de plásticos, especificando a preparação de espécimes, a seleção de vãos e a velocidade de ensaio.

Existem procedimentos adicionais para compósitos, espumas e materiais estruturais, assegurando que os métodos de ensaio reflectem as propriedades únicas de cada tipo de material. Os sistemas Mecmesin podem ser configurados para cumprir estas normas em ambientes de investigação, controlo de qualidade e académicos.

Plásticos e termoplásticos

Os ensaios de flexão revelam a rigidez, o ponto de cedência e o modo de falha dos plásticos, informando a seleção de materiais para aplicações de suporte de carga. Os resultados orientam as decisões de conceção em bens de consumo, componentes automóveis e embalagens.

Compósitos reforçados com fibras

Nos sectores aeroespacial, marítimo e automóvel, os ensaios de flexão detectam a delaminação e a fissuração da matriz. A compreensão destes modos de falha ajuda os engenheiros a otimizar as estruturas laminadas para obter resistência e durabilidade.

Madeira e painéis artificiais

Para mobiliário, pavimentos e componentes de construção, as caraterísticas de resistência à flexão e deformação são críticas. Os testes verificam a conformidade com os requisitos de desempenho estrutural e apoiam o desenvolvimento de novos produtos de madeira projectada.

Espumas e materiais leves

Desde embalagens de proteção a núcleos aeroespaciais, estes materiais são testados para avaliar a resistência ao esmagamento e a capacidade de carga. Os ensaios de flexão quantificam o desempenho enquanto simulam as condições de carga do mundo real.

A Mecmesin apoia engenheiros, projectistas e investigadores com soluções personalizadas de ensaios de flexão para plásticos, compósitos, metais e materiais à base de madeira. A nossa equipa pode aconselhar sobre a seleção de acessórios, personalizar gabaritos para geometrias de amostras únicas e demonstrar a conformidade com a norma ASTM D790, ISO 178 e outras normas relevantes. Contacte-nos para discutir os seus requisitos e explorar a forma mais eficaz de obter resultados precisos e repetíveis nos seus ensaios de flexão de três pontos.