1 測試方法概述

1.1 矩形橫截面試樣的撓性測試，有如下兩種方法。扁平或“厚板”橫梁模式（方法A），沿層或“托梁”模式（方法B）。

1.1.1 橫梁支撐在兩支點(diǎn)上，在其上加載兩個(gè)點(diǎn)（通過兩個(gè)加載點(diǎn)），每個(gè)點(diǎn)與相鄰支撐點(diǎn)間的距離相同。在加載點(diǎn)間的距離（也就是載荷間距）是支撐間距的三分之一。

1.1.2 彎曲試件直到外部纖維出現(xiàn)斷裂或達(dá)到大外部纖維應(yīng)變的3%，以先發(fā)生的為準(zhǔn)。

圖1 載荷圖

2 意義和使用

2.1 使用這些試驗(yàn)方法所確定的撓曲特性對于科研、質(zhì)量控制、合格或不合格以及特殊目的都極為有用。

2.2 試件深度、溫度、環(huán)境條件以及試驗(yàn)方法A和B中應(yīng)變率的不同等，都將影響撓曲特性的結(jié)果。

3 儀器

3.1 試驗(yàn)機(jī)——合適的試驗(yàn)機(jī)可用來操作運(yùn)動(dòng)率恒定的活動(dòng)頭，且所測量的大載荷精度可達(dá)到±1%。其需配備一個(gè)撓度測量裝置。在試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)機(jī)的剛度必須使系統(tǒng)總的彈性變形不超過測試試件總撓度的1%，或必須滿足合適的校正。載荷指示器應(yīng)擺脫橫梁運(yùn)動(dòng)率上的慣性落后。應(yīng)根據(jù)慣例E4來校正測試機(jī)精度。

3.2 載荷點(diǎn)和支撐物——載荷點(diǎn)和支撐物應(yīng)為圓柱面。為避免過度的凹痕，以及由于載荷點(diǎn)而造成的應(yīng)力集中失效，用在所有試件上的載荷點(diǎn)和支撐物半徑應(yīng)至少為0.5英寸[12.7mm]。如果在與載荷點(diǎn)接觸的表面上發(fā)生顯著的凹痕或壓縮破壞，則載荷點(diǎn)的半徑應(yīng)增加至試件深度的1.5倍（參見圖2）。

注2——測試數(shù)據(jù)表明，載荷點(diǎn)和支撐物尺寸足以影響撓曲模量值。載荷點(diǎn)和支撐物尺寸必須列明在試驗(yàn)報(bào)告上。

4 測試試件

4.1 試件應(yīng)為所生產(chǎn)的實(shí)際大小，然后將其切成段來進(jìn)行試驗(yàn)。不得改變其初始外表面。名義上，支撐間距和深度的比值應(yīng)為16:1。

4.2 對于試驗(yàn)方法A（扁平或“厚板”試驗(yàn)），試件深度尺寸必須厚或小。對于試驗(yàn)方法B（沿層或“托梁”），其試件尺寸厚度應(yīng)小，且深度應(yīng)寬。對于所有的試驗(yàn)，支撐間距必須是橫梁深度的16倍（公差+4和-2）。試件應(yīng)足夠長，以便兩端能至少伸出支撐間距10%的距離。懸伸足以阻止試件從支撐物上滑落。

注 1——（A）= 小半徑=12.7mm; (B)= 大半徑=試件深度的1.5倍

圖2 小和大半徑的四個(gè)載荷點(diǎn)和支撐物

5 測試試件數(shù)

5.1 每個(gè)樣品，必須測試5個(gè)試件。

6 條件

6.1 試件條件——根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)D618上的步驟A，在進(jìn)行測試前，被測試件應(yīng)放置在溫度為73.4±3.6°F [23±2°C]，相對濕度為50±5%的環(huán)境下至少達(dá)40小時(shí)。在未滿足的情況下，溫度和濕度公差應(yīng)分別為±1.8°F [±1°C] 和±2%。

6.2 試驗(yàn)條件——除非測試方法有具體介紹，否則應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下（溫度為73.4±3.6°F [23±2°C]和相對濕度為50±5 %）來進(jìn)行試驗(yàn)。在未滿足的情況下，溫度和濕度公差應(yīng)分別為±1.8°F [±1°C] 和±2%。

7 步驟

7.1 測試方法A：

7.1.1 扁平或“厚板”試驗(yàn)：

7.1.2 在每次測量時(shí)，請使用未經(jīng)測試的試件。沿產(chǎn)品長度方向，應(yīng)測量數(shù)個(gè)點(diǎn)的試件寬度（精度為1%），然后記錄平均值。并測量數(shù)個(gè)點(diǎn)的試件深度，并記錄平均值（更多信息請查看測試方法標(biāo)準(zhǔn)D5947）。

7.1.3 按照章節(jié)7中所描述的方法來選擇所使用的支撐間距，并將支撐間距設(shè)置在確定值1%的偏差范圍內(nèi)。

7.1.4 按如下方法來計(jì)算橫梁運(yùn)動(dòng)率，并將設(shè)備盡可能的設(shè)置成載荷間距為支撐間距1/3時(shí)的計(jì)算率：

R=0.185ZL²/d          

其中：

R=橫梁運(yùn)動(dòng)率，英寸/分鐘[毫米/分鐘]，

L=支撐間距，英寸[毫米]，

d=橫梁深度，英寸[毫米]，

Z=外部纖維的應(yīng)變率，英寸/英寸/分鐘[毫米/毫米/分鐘]。Z應(yīng)等于0.01。

在任何情況下，實(shí)際的橫梁率都必須與方程式1中的計(jì)算值近似，公差值多為±10%。

7.1.5 將載荷點(diǎn)和支撐物對齊，以便圓柱面的軸平行，且載荷間距是支撐間距的1/3。通過裝有平行槽的托盤來檢測平行度（如果正好對齊的話，載荷點(diǎn)和支撐物應(yīng)能正好卡在槽中）。將試件放在支撐物中心，使試件的長軸與載荷點(diǎn)和支撐物垂直。所組裝的載荷點(diǎn)必須確保其不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。

7.1.6 以特定橫梁運(yùn)動(dòng)率來對試件進(jìn)行加載，同時(shí)采用負(fù)荷-撓度數(shù)據(jù)。測量在間距中心位置上的撓曲。使用足夠的補(bǔ)償來校正試件位置和凹痕，以及設(shè)備的撓曲。應(yīng)繪制應(yīng)力應(yīng)變曲線來確定彎曲強(qiáng)度，彈性模量和1%應(yīng)力下的正切模數(shù)。

7.1.7 如果外部纖維大應(yīng)變已達(dá)到0.03英寸/英寸[毫米/毫米]，而試件上卻沒有發(fā)生破裂，應(yīng)終止測試。應(yīng)按如下方程式來計(jì)算該應(yīng)變下的撓曲（載荷間距是支撐間距的1/3），其中r等于0.03英寸/英寸[毫米/毫米]：

D=0.21 rL²/d      

其中：

D=跨距中點(diǎn)撓曲，英寸[毫米]，

r=應(yīng)變，英寸/英寸[毫米/毫米]，

d=橫梁深度，英寸[毫米]。

注3——對于一些產(chǎn)品，在試驗(yàn)方法B下，增加應(yīng)變率（在應(yīng)變極限范圍的3%內(nèi)）將導(dǎo)致試件屈服、斷裂，或兩者都有。

注4——在大應(yīng)變的3%下，如果產(chǎn)品沒有斷裂，則該試驗(yàn)方法沒有顯示真實(shí)的撓曲強(qiáng)度。

7.2 試驗(yàn)方法B：

7.2.1 沿層或“托梁”試驗(yàn)：

7.2.2 按照試驗(yàn)方法A來執(zhí)行，但Z外部纖維的應(yīng)變率值應(yīng)在0.002和0.003英寸/英寸/分鐘[毫米/毫米/分鐘]之間除外。

7.2.3 橫向支承——沿層或“托梁”進(jìn)行測試時(shí)，在載荷且橫向不穩(wěn)定的情況下，其深寬比率更大，特別當(dāng)試件已斷裂。為了在試驗(yàn)過程中保證穩(wěn)定性和安全性，在測試這類試件時(shí)，需要添加橫向支承。至少應(yīng)在載荷點(diǎn)及反應(yīng)點(diǎn)間的中心位置上提供橫向支承裝置。在測試過程中，可根據(jù)穩(wěn)定性和安全性的需要，提供更多的支承。每個(gè)支承在無摩擦限制的情況下應(yīng)能進(jìn)行垂直運(yùn)動(dòng)，但需限制橫向偏轉(zhuǎn)。

8 計(jì)算

8.1 大纖維應(yīng)力——當(dāng)在橫梁兩中心點(diǎn)上加載荷，且其由兩個(gè)外點(diǎn)來支撐時(shí)，外部纖維上的大應(yīng)力發(fā)生在確定載荷間距的兩中心載荷點(diǎn)上。對于矩形橫截面，該應(yīng)力可用如下方程式來計(jì)算（產(chǎn)生撓曲的任何在負(fù)荷-撓度曲線上的點(diǎn)），載荷間距是支撐間距的1/3。

S=PL/bd²         

其中：

S=載荷間距間的外部纖維應(yīng)力，磅/平方英寸[MPa],

P=負(fù)荷-撓度曲線上任意點(diǎn)的橫梁總載荷，Ib[N]，

L=支撐間距，英寸[毫米]，

b=橫梁寬度，英寸[毫米]，

d=橫梁深度，英寸[毫米]。

注5——方程式3應(yīng)嚴(yán)格適用在達(dá)到斷裂點(diǎn)應(yīng)變且應(yīng)力成線性比的產(chǎn)品中，其應(yīng)變較小。由于情況總非如此，因此在使用這個(gè)方程式時(shí)，會(huì)有輕微的誤差。然而，該方程式可用來對比數(shù)據(jù)，以及說明本文步驟中所描述的被測試件大3%的纖維應(yīng)變值。

圖3 橫向支承示例

8.2 撓曲強(qiáng)度(彎曲極限強(qiáng)度))——撓曲強(qiáng)度與在大載荷、斷裂載荷或當(dāng)應(yīng)變達(dá)到3%時(shí)，外部纖維所受的大應(yīng)力相同，以先發(fā)生的為準(zhǔn)。通過方程式3來計(jì)算，并使P等于大載荷、斷裂載荷或根據(jù)應(yīng)變3%時(shí)的撓曲，以先發(fā)生的為準(zhǔn)。

8.3 在特定應(yīng)變下的應(yīng)力——當(dāng)外部纖維應(yīng)變達(dá)到3%時(shí)，一些產(chǎn)品既不斷裂也不顯示真實(shí)的屈服點(diǎn)。在這種情況下，應(yīng)根據(jù)方程式3來計(jì)算任何指定應(yīng)變下的大纖維應(yīng)力（P等于負(fù)荷-撓度曲線上所需應(yīng)變所對應(yīng)的撓曲）。

8.4 大應(yīng)變——外部纖維上的大應(yīng)變也發(fā)生在跨距中點(diǎn)上，且其應(yīng)根據(jù)如下方程式來計(jì)算（載荷間距是支撐間距的1/3）：

r=4.70Dd/L²             

其中，D，d，L和r與方程式2上的相同。

8.5 彈性模量——當(dāng)存在胡克區(qū)域（成比例區(qū)域）時(shí)，應(yīng)在載荷應(yīng)變曲線上畫條與初始直線相切的切線來計(jì)算。選擇這個(gè)直線段上的任意點(diǎn)，使用該點(diǎn)相對應(yīng)的彎曲應(yīng)力來除以應(yīng)變。測量點(diǎn)為延長的切線與應(yīng)變軸相交的點(diǎn)。單位為psi [MPa]，應(yīng)記錄三個(gè)重要數(shù)值。

8.6 正割彈性模量——正割彈性模量是直線（連接應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線上的原點(diǎn)和被選點(diǎn)）的斜率。單位為psi [MPa]。一般情況下，所選點(diǎn)應(yīng)在特定的應(yīng)力或應(yīng)變上選擇。其值應(yīng)根據(jù)方程式5來計(jì)算，其中m等于應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線上切線的斜率。

E_B=S_B/r_B       

其中：

E_B= 撓曲彈性的正割模數(shù)，psi [MPa]，

r_B= 確定撓曲彈性的正割模數(shù)后所對應(yīng)的應(yīng)變，英寸/英寸[毫米/毫米]，比如，0.01英寸/英寸，

S_B= 根據(jù)r_B值，在應(yīng)變曲線上的應(yīng)力值，指定的應(yīng)變水平，psi。

注6——提供非矩形橫截面，從方程1到方程4所對應(yīng)的方程式。這也適用于空心型材以及載荷間距不是支撐間距的1/3的情況。

8.7 弦向模量——在一些情況下，需要計(jì)算弦向模量。在負(fù)荷-撓度曲線上，弦向模量是連接大應(yīng)力10%和40%，或大外部纖維應(yīng)變3%（以先發(fā)生的為準(zhǔn)）的應(yīng)力所對應(yīng)的點(diǎn)而形成的直線的斜率。

8.8 算術(shù)平均值——對于每套試驗(yàn)，算術(shù)平均值應(yīng)取三個(gè)重要數(shù)值來計(jì)算，并顯示為“平均值”。

8.9 標(biāo)準(zhǔn)偏差——應(yīng)按如下方法來計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差，并記錄兩個(gè)重要數(shù)值：

其中：

s=預(yù)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)偏差，

   x=單個(gè)觀測的數(shù)值，

   n=觀測的次數(shù)，

   x=整套觀測值的平均值。