Определение прочности и модуля упругости при статическом изгибе полимерных материалов
Определение прочности материала при изгибе проводится в соответствии с ГОСТ 4648–71, а модуля упругости – по ГОСТ 9550-81.
Метод определения прочности при статическом изгибе заключается в кратковременном приложении нагрузки на образец пластмассы.
Образцы для испытаний изготавливают методом литья под давлением или механической вырезкой из пластин, полученных методом пластформования или прямого прессования. Образцы должны иметь вид бруска с размерами, указанными на рисунке 1 и в таблице 1. 
Рисунок 1: Вид образцов для испытаний на статический изгиб
Таблица 1
| Размеры, мм | Тип образца | |
| 1 | 2 | |
| Длина L | 120±2 | Не менее 80±2 |
| Ширина b | 15±0,5 | 10±0,5 |
| Толщина h | 10±0,5 | 4±0,2 |
Для нагружения по трехточечной схеме применяют реверс (рисунок 2). Радиус наконечника 5±0,1 мм, радиус скругления опор 2±0,2 мм.
Нагружая образец до разрушения со скоростью передвижения наконечника 1–2 мм/мин (≈h/2) строят диаграмму деформирования, по максимальной нагрузке в момент разрушения определяют прочность при изгибе.
Модуль упругости при статическом изгибе определяют при нагружении образца в диапазоне до 0,2 Fp. Прогибы измеряют с погрешностью не более 0,1 мм индикатором часового типа ИЧ-10.
В ходе эксперимента измеряют прогибы при двух значениях нагрузки усилий F1 = (0,05–0,1)×Fр и F2 = 0,2 Fр. Отсчеты при выбранных значениях сил производят до получения стабильных показаний.
Также модуль упругости определяется по диаграмме деформирования для нагрузок и прогибов, соответствующих значениям относительной деформации 0,1% и 0,3%.
Определение модуля упругости при изгибе: экспериментальная часть
Образец устанавливают в устройство с нагружающим наконечником и опорами, которое реализует трехточечную схему нагружения (см. рисунок 2). В зависимости от толщины образца расстояние между опорами устанавливают согласно соотношению Lv=16·h±5.
Перед испытанием в средней трети образца замеряют его толщину и ширину с точностью до 0,01 мм. Образец устанавливают на опоры широкой стороной и производят нагружение наконечником по середине. Нагружение проводят плавно без толчков при постоянной скорости, равной 2 мм/мин. В процессе нагружения фиксируют нагрузку в момент разрушения. Образцы, разрушившиеся не в средней трети расстояния между опорами, в расчетах не используют.
Изгибающее напряжение σи при максимальной разрушающей нагрузке определяется так:
где Fp – разрушающая нагрузка, Н; Lv – расстояние между опорами, мм; b, h – ширина и толщина образца соответственно, мм.
Модуль упругости вычисляют по формуле 
где F1 = (0,05–0,1)×Fр и F2 = 0,2 Fр – усилия при нагружении образца, Н; f1, f2 – прогибы, соответствующие нагрузкам F1 и F2, мм; Lv – расстояние между опорами, мм; b, h — ширина и толщина образца, мм.
За результат измерения прочности и модуля упругости принимают среднее арифметическое значение для всех образцов.
Результаты испытаний заносят в протокол.
Образцы протоколов испытаний
ПРОТОКОЛ № ____ от _____________
Определения модуля упругости при изгибе по ГОСТ 9550–80
- ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ МАШИНА (тип, номер, год выпуска, шкала)
- АППАРАТУРА: (реверс, измеритель прогиба, тип и основные характеристики)
- МАТЕРИАЛ: (тип, марка или состав связующего, ГОСТ, дата изготовления)
- ОБРАЗЦЫ: (тип, размеры, база, количество, метод изготовления)
- УСЛОВИЯ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ: температура 20 °С, относительная влажность 50% в течение 24 ч.
- УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЯ: (температура, влажность, скорость нагружения)
- РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ:
| № п/п | Lv, мм | Размеры образцов, мм | Нагрузка, Н | Прогиб, мм | Еи, ГПа | |||
| h | b | F1 | F2 | f1 | f2 | |||
| 1 | ||||||||
| … | ||||||||
| Среднее арифметическое значение | ||||||||
| Среднее квадратическое отклонение | ||||||||
| Коэффициент вариации, % | ||||||||
Испытания провел:
ПРОТОКОЛ № ____ от _____________
Испытания на статический изгиб по ГОСТ 4648–71
- ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ МАШИНА (тип, номер, год выпуска, шкала)
- АППАРАТУРА: (реверс, измеритель прогиба, тип и основные характеристики)
- МАТЕРИАЛ: (тип, марка или состав связующего, ГОСТ, дата изготовления)
- ОБРАЗЦЫ: (тип, размеры, база, количество, метод изготовления)
- УСЛОВИЯ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ: температура 20 °С, относительная влажность 50 % в течение 24 часов.
- УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЯ: (температура, влажность, скорость нагружения)
- РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ:
| № п/п | Lv, мм | Размеры образцов, мм | Fp, Н | f, мм | sи, МПа | |
| h | b | |||||
| 1 | ||||||
| … | ||||||
| Среднее арифметическое значение | ||||||
| Среднее квадратическое отклонение | ||||||
| Коэффициент вариации, % | ||||||
Вид разрушения (для каждого образца) –
Испытания провел:
Пластмассы. Метод испытания на статический изгиб: ГОСТ 4648–71. – Взамен ГОСТ 4648–63; введ. 01.01.1973. – М.: Изд-во стандартов, 1992. – 12 с.
Пластмассы. Метод определения модуля упругости при растяжении, сжатии и изгибе: ГОСТ 9550–81. – Взамен ГОСТ 9550–71; введ. 01.07.1982. – М.: ИПК Изд-во стандартов, 2004. – 8 с.
Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний композиционных материалов с полимерной матрицей (композитов). Метод испытания на изгиб при нормальной, повышенной и пониженной температурах: ГОСТ 25.604–82. – Введен 01.07.84. М.: Изд-во стандартов, 1983.– 16 с.
Автор: Кордикова Е.И., кандидат технических наук, доцент кафедры механики материалов и конструкций БГТУ
Источник: Композиционные материалы: Лабораторный практикум, 2007 год
Дата в источнике: 2007 год