اندازه گیری استحکام خمشی سرامیکها

اندازه گیری استحکام خمشی سرامیکها

به روش سه نقطه ای و چهار نقطه ای

خوانندة محترمی پرسیدند:

میخواستم بدانم ارتفاع و عرض در نتیجة استحکام خمشی چه تأثیری دارد و چرا؟

آیا میزان (L ، فاصله تکیه گاه) در استحکام خمشی نمونه تأثیر گذار است یا خیر؟ به چه صورت باید باشد و چرا؟

چرا در فرمول استحکام خمشی، میانگین عرض و ارتفاع گرفته میشود؟

پاسخ:

به صورت تئوری، اگر مادة جامدی را با هر ارتفاع یا عرضی بسازیم، استحکام خمشی آن یکی است. اما در واقعیت ممکن است  همیشه چنین نباشد. برای نمونه های ضخیم (به خصوص در مواد ترد) اعداد استحکام بالاتر به دست می آید که به دلیلِ کمتر شدنِ احتمال ایجادِ ترکهای بحرانی در حین ساخت قطعه است. در اینجا منظور از «ترکهای بحرانی» ترکهائی است که در صورت پیشرفت میتوانند به شکست قطعه منجر شوند.

از طرف دیگر، فرمول استحکام خمشی به دلیل دارا بودن توان دوم به ضخامت (ارتفاع یا d) حساستر است تا به پهنا (b). در شکل زیر روش آزمون و شکل نمونه ها برای اندازه گیری استحکام خمشی به روشهای سه نقطه ای و چهار نقطه ای آورده  شده است. برای دیدن فرمول و مشخصه (پارامتر)های اندازه گیری به شرح درج شده در شکل توجه نمائید.

از کتاب Modern Ceramic Engineering نوشتة D.W. Richerson – فصل ۵، صفحة ۱۸۱.

از نظر ریاضی، هر چه فاصلة تکیه گاهها کمتر باشد نیروی لازم برای شکست هم بیشتر میشود و برعکس. پس باید اعداد استحکامِ خمشی با فواصلِ L مختلف برابر باشند. اما به خصوص در مواد تُـرد (مانند سرامیکها و بیشترِ شیشه-سرامیکها)، اگر L زیاد باشد ترکهای بیشتری به حد بحرانی میرسند و قطعه در بارِ کمتری خواهد شکست. اگر استانداردها، L های مشخصی را بیان میکنند، به دلیل آن است که نتایج به دست آمده در مکانهای مختلف با هم قابل مقایسه باشند.

شمای دستگاه اندازه گیری استحکام خمشی سه نقطه ای ساخت شرکت گابریلی.

در صنعت کاشی L به اندازه ای است که از هر دو سر تکیه گاه یک سانتیمتر آزاد باشد (در مجموع، دو سانتیمتر). از طرف دیگر، چون ارتفاع و پهنا در دو سر قطعات معمولاً با هم متفاوت دارند و شکلِ مقطع عرضی قطعه به ذوزنقه بیشتر شباهت دارد تا مستطیلی؛ باید ابتدا نسبت به اندازه گیری میانگین عرض و ارتفاع اقدام شود و نتیجة به دست آمده در فرمول گذاشته شود.

آزمایندة استحکام خمشی، سری 401 – برای تعیین استحکام مکانیکی (یا مدول گسیختگی MOR) مواد اولیة سرامیکی خشک به کار میرود. استاندارد مرتبط با انجام آزمون و آماده سازی نمونه DIN 51 030 یا EN 100 میـباشد.