エンジニアが材料の曲げ強度を知りたいとき、いくつかの試験を行う。その中でも重要なのが曲げ試験である。しかし、この試験には主に2つの方法があり、その種類によって異なります:3点曲げ試験と4点曲げ試験である。一見すると両者は似ているが、いくつかの点で異なっている。これが、3点曲げ試験と4点曲げ試験の論争に火をつける。
正確な結果を得るためには、その重要な違いを知ることが重要です。これは、適切な材料に適切な試験を選択するのに役立ちます。その結果、コストのかかるエラーや構造的な欠陥が発生する可能性は非常に低くなります。このような試験についてご不安ですか?ご心配なく!この記事では、3点曲げ試験と4点曲げ試験の主な違いについて説明します。さっそく始めましょう!
3点曲げ試験と4点曲げ試験の概要
曲げ試験は、材料の曲げ強度、剛性、延性を測定する方法です。簡単に言えば、材料が破断するまでにどの程度曲げられるかを調べるのに役立ちます。また、材料の柔軟性や剛性、急ブレーキや伸びの有無も測定します。
これらすべてのパラメーターを測定することで、その材料の極限曲げ強度がわかる。この試験は、試料を2つの支持体の間に挟んで行うことができる。これらのサポートは、材料を一箇所に固定するのに役立ちます。その後、上部から荷重をかけ、材料を押し下げ、破壊する。最終的に、専門家はどれだけの力や荷重が材料を破断させるかをチェックします。
曲げ試験には2つの方法がある。ひとつは3点曲げ試験です。この試験では、試験片は2つの支持点に置かれます。しかし、1つの荷重ユニットが中央の上部から試料を押します。このセットアップにより、全体で3つの接触点(2つの支持点と1つの荷重)ができるため、3点曲げ試験と名付けられました。
荷重が試料を押すと、試料は曲がり始める。これは最大荷重に達して材料が破断するまで続きます。最後に、曲げ強さと弾性率が測定されます。一方、4点曲げ試験では、試料は再び2つの支持体の上に置かれます。しかし今回は、2つの等しい荷重がサンプルに力を加えます。
そのため4点曲げ試験と呼ばれる。しかし、この試験では2つの荷重点間の広い範囲に力が分散されます。最大曲げモーメントは3点のように1点に集中しません。応力分布がよくなるため、このタイプの曲げ試験はより信頼性が高くなります。
3点曲げ試験と4点曲げ試験:主な違い
そうでなければ 曲げ試験とその種類を理解する とメリット、ご心配なく!曲げテストについての詳しいガイドを書きました。基本的なノウハウを理解するには、それを読んでほしい。上にも書いたように、3点曲げ試験と4点曲げ試験は似ているように見えます。しかし、多くの点で異なっている。3点曲げ試験と4点曲げ試験の違いを探ってみよう。
1- ロードポイント数
荷重点とは、試験機が力を加える正確な場所のことである。どちらのタイプの曲げ試験でも、荷重点の数は異なります。例えば、3点曲げ試験には荷重点が1つしかありません。これは、材料が2つの支柱に挟まれていることを意味します。しかし、上からの1つの荷重だけがサンプルを中央の1箇所で押圧します。
このため、試験はシンプルで簡単に実施できる。反面、4点曲げ試験では、荷重点が2つあります。これは、材料サンプルの異なる2点に2つの等しい力が加えられることを意味します。圧力は2つの荷重点の間の広い範囲に広がります。したがって、早期に破断する可能性はほとんどありません。したがって、この方法はより正確な結果をもたらします。
2- 応力分布
応力分布とは、試験中に材料を通して力がどのように、どこに広がるかを意味する。これは、3点曲げ試験と4点曲げ試験を区別する重要な要素です。どのように?3点曲げ試験では、荷重点は1つです。これは、応力が一点に集中することを意味します。その結果、この点はより大きな応力を受け、弱くなります。
この1点は応力に直面するが、材料の残りの部分は応力に直面しない。逆に4点曲げ試験では、荷重点は2つです。したがって、力はこの2つの荷重点の間で均等に分散されます。その結果、中心点全体が等しい応力に直面し、材料はより公平に試験されます。
3- 最大曲げモーメント領域
曲げモーメントとは、異なる材料部分にどれだけの曲げ力が発生するかを意味する。しかし、最大曲げモーメントは、材料が最も大きな力を受ける場所である。3点曲げ試験でも4点曲げ試験でも、この最大曲げモーメントが発生する場所は異なります。3点曲げ試験では 3点曲げ試験機 一点に力を加える。
これは、最大曲げモーメントが一点または一帯で発生することを意味する。簡単に言えば、最大曲げモーメントが発生する領域は1つしかないということだ。しかし、4点曲げ試験では、最大曲げモーメントは広い面積に広がります。2つの荷重が2つの異なる場所に力を加える。その結果、材料の長い部分が最も大きな曲げモーメントを受けることになります。
4- 素材の欠陥に対する敏感さ
曲げ試験で最も重要なことのひとつは、材料に欠陥があるかどうかということです。こうした欠陥があると、材料は壊れやすくなります。そのため、試験でどの程度欠陥が検出されるかは、力のかけ方によって異なります。例えば、3点曲げ試験では、荷重点は中心に1点しか存在しません。その1点に力が加わるため、強い応力に直面する。
すべての圧力や力が1つの小さな領域に集中する。その結果、その箇所は試験中に材料が破損する可能性が高くなります。つまり、3点曲げ試験は、中心部のみの表面または内部の欠陥に対してより敏感であるということです。したがって、この方法は、特に小さな部分の欠陥を検出するのに効果的である。
反面、4点曲げ試験では荷重点が2つある。その結果、応力は広い範囲に分散される。そのため、小さな欠陥に対する感度が低くなります。4点曲げ試験機では、小さな亀裂や欠陥は検出できません。この方法は、材料の全体的な性能を知りたい場合に適しています。
5- 結果の正確性
結果の正確さとは、検査結果が正しく信頼できることを意味する。言い換えれば、得られた数値を信頼できるかどうかを判断するのに役立ちます。どちらの曲げ試験法も、結果の正確さのレベルは異なります。例えば、3点曲げ試験では、力を1点にだけかけます。狭い範囲に集中するため、小さなことが試験に影響しやすい。
小さなひび割れ、ズレ、表面の損傷などがその例だ。これらの些細な問題は、たとえその材料が全体的に耐久性があったとしても、結果に大きく影響します。一方、4点曲げ試験では、2点で力を加えます。このため、小さな亀裂やセットアップの誤差の影響を受けにくくなります。そのため、材料の耐久性をより現実的に把握することができます。
6- 設備とセットアップの複雑さ
このポイントは、試験装置のセットアップがいかに難しいか、あるいは簡単かということである。簡単で迅速な試験もあれば、管理が難しいものもある。例えば、3点曲げ試験では、2つの支柱と1つの荷重点を使用します。つまり、かかる力は1つだけなので、すべての管理や位置合わせが簡単になる。さらに、この工程で使用される機械は部品点数が少ない。
基本的な技術があれば、この試験を簡単かつ迅速に行うことができる。一方、4点曲げ試験では、2つの支持点と2つの荷重点を使用します。4点曲げ試験は 4点曲げ試験機 には複雑な部品があり、より多くの技術を必要とする。このセットアップでは、すべてを整列させ、余分なパーツを扱うことが難しくなる。そのため、より多くの注意と慎重さが要求される。
7- サンプルの長さの要件
この違いは、正確な検査を行うために必要な検査サンプルの長さに関するものである。どちらも 曲げ試験の種類 には異なる長さの試料が必要です。例えば、3点曲げ試験では、機械は中央の1点に力を加えます。そのため、長いサンプルは必要ありません。
サンプルの長さが短いため、このプロセスはより簡単に処理できる。反面、4点試験では2つの荷重点を使用する。力は2つの異なる点で加えられる。そのため、サンプルの長さは十分でなければならない。もしサンプルが短ければ、ローディングアームがフィットせず、試験結果は正確ではない。簡単に言えば、この方法では長い試料を使用します。
8- 実世界の負荷をシミュレートする際のリアリズム
これは、それぞれの曲げ試験が、現実の世界で材料に起こることをどれだけよく表しているかを意味します。簡単に言えば、どの試験がより現実の世界で材料が直面することに近い結果を与えるかを見ることができます。3点曲げ試験について説明すると、中央の1点に力が加わります。材料はたった1つの小さな領域で最大の応力に直面します。
しかし、実際の状況では、荷重は通常分散している。荷重は中央の小さな領域だけでなく、材料の表面全体に影響する。したがって、3点曲げ試験はあまり現実的ではありません。逆に、4点曲げ機では2点で力を加えます。応力は実世界で起こるのとまったく同じように広がる。したがって、この方法はより現実的であり、実世界の状況をシミュレートしています。
9- 適切な素材の種類
すべての材料が曲げ試験で同じ挙動を示すわけではありません。したがって、どの材料がどの曲げ試験に適しているかを理解することは非常に重要です。この違いを簡単に説明しましょう。3点曲げ試験では、1点に力が加わります。そのため、中心部に強い応力集中が生じます。そのため、ガラスや硬質プラスチックのような脆い材料に最適です。なぜ?
脆い材料は弱点でより早く破断するため、3点曲げ試験ではまさにそこに焦点が当てられる。逆に、4点曲げ試験は2点間に力を分散させます。これは、突然割れることのない延性材料に有効です。これは、長い曲げ領域にわたる材料の挙動を注意深く観察するのに役立ちます。
10- コストと時間の効率性
この2つの方法のどちらかを選択する場合、コストと時間の効率は非常に重要である。エンジニアは、効率的なだけでなく、費用対効果の高い試験を好む。この点で、両曲げ試験は異なります。例えば、3点曲げ試験では、簡単な機械のセットアップが必要です。部品点数が少なくて済むので、扱いやすく、セットアップも簡単です。さらに、その迅速な結果は、時間と費用の節約にもつながります。
全体として、このプロセスはよりコストに優しい。反面、4点曲げ試験は複雑な機械加工のセットアップを必要とする。このセットアップを扱うには時間がかかる。さらに、これらの機械は高価です。その複雑なセットアップを操作するには熟練したスタッフが必要で、人件費がかさむ。つまり、総合的に見て、4点曲げテストは時間もコストもかかる方法なのです。
よくある質問
3点曲げ試験と4点曲げ試験は同じ材料に使用できますか?
はい、同じ材料に対して両方の曲げ試験を使用することができます。しかし、その選択は試験の目的によって異なります。軽微な欠陥を検出し、かつ精度を求めるのであれば、同じ材料に対して3点曲げ試験と4点曲げ試験の両方を使用することができます。
3ポイントテストも4ポイントテストも同じ特性を測定するのか?
はい、3点曲げ試験も4点曲げ試験も同じ特性を測定します。例えば、曲げ強度、剛性、たわみなどを測定します。しかし、精度と感度のレベルは両タイプで異なります。
3点曲げ試験と4点曲げ試験はどのような産業で使用されていますか?
3点曲げ試験も4点曲げ試験も、さまざまな産業で広く用いられている。その中でも、最も一般的な産業は以下の通りです:
- 自動車産業
- 航空宇宙産業
- 電気産業
- 海洋・造船
- 工具・機器製造
結論
曲げ試験は、材料の実際の曲げ強さを理解するのに便利です。その中でも3点曲げ試験と4点曲げ試験が最も価値がある。一見すると、これらの試験は似ているように聞こえますが、いくつかの要素によって違いがあります。この記事では、それらの要因のいくつかについて説明します。例えば、3点曲げ試験では1つの荷重点を使用します。
中心部に力を加えるため、材料の欠陥に敏感に反応する。また、このプロセスは費用効率が高く、簡単である。しかし、4点曲げ試験は高度で複雑な機械を使用します。異なる2点で力を加える。このプロセスは、複雑な機械のセットアップのためコストがかかる。しかし、より正確で精密、そして現実的な結果を得るためには、この方法を選択することをお勧めする。