材料弯曲强度

弯曲强度的概念

弯曲强度是指材料在外力作用下，在弯曲应变和弯曲应力状态下能够承受的最大外力。弯曲强度是评价材料抗弯能力的重要指标之一，通常用来衡量材料的抗弯性能。在实际应用中，弯曲强度的大小直接影响材料的使用寿命和安全性能。

弯曲强度是通过弯曲试验来确定的。弯曲试验一般使用标准试验方法进行，将试样固定在两个支座之间，施加外力使其产生弯曲变形，在一定弯曲跨度下测量试样的最大弯曲应变和弯曲应力，从而得到弯曲强度。弯曲试验可以得到材料的抗弯强度、刚度和韧性等力学性能参数。

弯曲强度的大小主要受到材料的组织结构、化学成分、热处理状态以及应力状态等因素的影响。对于金属材料来说，晶体结构、晶体尺寸、晶界、位错等缺陷对弯曲强度有重要影响。晶界的存在会导致晶体内部的位错堆积，在应力作用下易于形成位错丛生，从而降低弯曲强度。此外，晶粒尺寸的大小也会影响弯曲强度，晶粒较大的材料弯曲强度相对较低。

材料的化学成分也是影响弯曲强度的重要因素之一。不同元素对于弯曲强度的影响存在差异。一方面，合金元素的添加可以提高材料的强度和硬度，从而增加弯曲强度。另一方面，某些元素会引入杂质、夹杂物和非金属夸克，从而降低材料的韧性和抗弯性能。

热处理状态对于弯曲强度也有显著影响。通过热处理可以改变材料的晶体结构，消除缺陷，提高材料的弯曲强度和韧性。不同的热处理过程会引起晶体再结晶、析出相的形成以及晶粒尺寸的改变，从而影响材料的弯曲强度。

此外，应力状态也是影响材料弯曲强度的重要因素。弯曲应力状态下材料的形变方式和分布会对材料的弯曲强度产生影响。当应力作用于材料时，材料产生局部变形，应力集中现象会导致材料破坏。应力集中的现象通常出现在材料的角、缺陷和孔洞等区域，从而降低材料的强度和抗弯能力。

总之，弯曲强度是评价材料抗弯能力的重要指标之一。弯曲强度的大小受到材料的组织结构、化学成分、热处理状态以及应力状态等因素的影响。对于工程设计和材料选择来说，了解材料的弯曲强度参数对于确保结构的安全可靠性具有重要意义。

熔融指数

熔融指数（Ｍelting Index）：热塑性塑料在一定温度和压力下，熔体在十分钟内通过标准毛细管的重量值，以（g/10min）来表示。

是加工上的一个重要指标，在工业上常采用它来表示熔体粘度的相对值：流动性好，MI大；流动性差，MI小。

是一项反映熔体流动特性及分子量大小的指标。热塑性树脂在浊度为190℃，时间为10分钟，负荷为2160克时，通过直径为0.2厘米（0.825英寸）的流变仪小口时以克计的熔体量。工业上常用以区不分不同牌号的聚乙烯树脂，亦用来估价丙烯酸类、ABS、聚苯乙烯、聚酰胺等树脂。MI值越低，树脂的分子量越高。聚乙烯树脂的熔融指数通常在0.1-20左右。

拉伸强度

拉伸强度(tensile strength)是指材料产生最大均匀塑性变形的应力。

（1） 在拉伸试验中，试样直至断裂为止所受的最大拉伸应力即为拉伸强度，其结果以MPa表示。有些错误的称之为抗张强度、抗拉强度等。

（2） 用仪器测试样拉伸强度时，可以一并获得拉伸断裂应力、拉伸屈服应力、断裂伸长率等数据。 （3） 拉伸强度的计算：

σt = p /( b×d)

式中，σt为拉伸强度（MPa）；p为最大负荷（N）；b为试样宽度（mm）；d为试样厚度（mm）。

注意：计算时采用的面积是断裂处试样的原始截面积，而不是断裂后端口截面积。

断裂伸长率

断裂伸长率

断裂伸长率 elongation at break

试样在拉断时的位移值与原长的比值。以百分比表示（%）

断裂伸长率 的计算方法

原长L。,横截面积A,在轴向拉力N作用下,变形后的断裂长度为L，于是断裂伸长△L=L-L。

应变为ε=△L/L

横截面上的正应力δ=P/A

将（1）、（2）带入虎克定律得：P/A=E*△L/L

得: △L=PL/EA

式中:E是材料的弹性模量

- 1 - 材料弯曲强度

材料弯曲强度

材料弯曲强度指材料在弯曲应力的作用下，所能承受的最大弯曲应力。这里的弯曲应力指单位面积上的弯曲应力，是分布在物体上的扭转力或上的剪切力的密度。材料的弯曲强度也称为抗弯强度，一般以MPa(兆帕)为单位，有时也用Kgf/mm2 或psi(磅/英寸2)。

材料弯曲强度的测试方法通常是在三点支撑的条件下，使用杠杆原理测定材料的弯曲强度。杠杆原理就是利用门类上的一般梯形，只要知道门梯的高度、中间一段的长度、以及两边的斜边长度，就可以计算出材料的弯曲强度。

材料弯曲强度的测试一般有两种形式：三点法和四点法。三点法是将待测材料在三点支撑的条件下给予负荷，使其发生弯曲，然后测定材料的弯曲强度。四点法是将待测材料在四点支撑的条件下给予负荷，使其发生弯曲，然后测定材料的弯曲强度。

另外，材料的弯曲强度也可以通过弯曲释放法来测试。在弯曲释放法中，将待测材料先受一定弯曲负荷，使其发生弯曲，之后释放负荷，对受力前后材料的弯曲曲率变化进行比较，从而测定材料的弯曲强度。

在实际使用中，材料的弯曲强度是依据其结构形状、材料的性质、负荷的类型和材料的安装形式来选取的。不同的结构形状和性质，它们的弯曲强度也是不一样的，而安装形式和负荷类型也同样 - 2 - 会影响材料的弯曲强度。

实验一 复合材料弯曲强度测定

一、实验目的

了解复合材料弯曲强度的意义和测试方法，掌握用电子万能试验机测试聚合物材料弯曲性能的实验技术。

二、实验原理

弯曲是试样在弯曲应力作用下的形变行为。弯曲负载所产生的盈利是压缩应力和拉伸应力的组合，其作用情况见图1所示。表征弯曲形变行为的指标有弯曲应力、弯曲强度、弯曲模量及挠度等。

弯曲强度f，也称挠曲强度（单位MPa），是试样在弯曲负荷下破裂或达到规定挠度时能承受的最大应力。挠度s是指试样弯曲过程中，试样跨距中心的顶面或底面偏离原始位置的距离（㎜）。弯曲应变f是试样跨度中心外表面上单元长度的微量变化，用无量纲的比值或百分数表示。挠度和应变的关系为：hLsf62（L为试样跨度，h为试样厚度）。

当试样弯曲形变产生断裂时，材料的极限弯曲强度就是弯曲强度，但是，有些聚合物在发生很大的形变时也不发生破坏或断裂，这样就不能测定其极限弯曲强度，这时，通常是以试样外层纤维的最大应变达到5%时的应力作为弯曲屈服强度。

与拉伸试验相比，弯曲试验有以下优点。假如有一种用做梁的材料可能在弯曲时破坏，那么对于设计或确定技术特性来说，弯曲试验要比拉伸试验更适用。制备没有残余应变的弯曲试样是比较容易的，但在拉伸试样中试样的校直就比较困难。弯曲试验的另一优点是在小应变下，实际的形变测量大的足以精确进行。

弯曲性能测试有以下主要影响因素。

① 试样尺寸和加工。试样的厚度和宽度都与弯曲强度和挠度有关。

② 加载压头半径和支座表面半径。如果加载压头半径很小，对试样容易引起较大的剪切力而影响弯曲强度。支座表面半径会影响试样跨度的准确性。

③ 应变速率。弯曲强度与应变速率有关，应变速率较低时，其弯曲强度也偏低。

④ 试验跨度。当跨厚比增大时，各种材料均显示剪切力的降低，可见用增大跨厚比可减少剪切应力，使三点弯曲更接近纯弯曲。

⑤ 温度。就同一种材料来说，屈服强度受温度的影响比脆性强度大。