曲げ試験は、屈曲試験や横梁試験と呼ばれることもあり、単純な梁荷重を加えたときの材料の挙動を測定します。この試験は、一般にポリマーや木材、複合材など、比較的柔軟な素材に対して実施します。最も基本的なレベルでは、曲げ試験は万能試験機で実施します。２つのサポートアンビル上に試験片を置き、それを1つまたは2つのアンビル上で荷重を加えて曲げることでその特性を測定します。

曲げ試験を実施する理由

しばしばエンジニアは、材料の挙動をさまざまな側面から理解したいと考えます。しかし、単純な単軸引張試験や圧縮試験では、必要なすべての情報を得ることができないことがあります。試験片を曲げると、引張や圧縮、せん断などの力が複雑に絡み合うことになります。この理由から、曲げ試験は現実的な荷重状況に対する材料の反応を評価する目的でよく使用されます。

曲げ試験データは、材料が支持構造として使用される場合に特に有用なことがあります。たとえばプラスチック製の椅子は、多方面に支持を提供する必要があります。使用時に脚が圧縮状態になる一方で、その台座は座っている人から加わる曲げの力に耐える必要があります。メーカーが想定される荷重に耐える製品を提供することを望むだけでなく、万が一、曲がったときには、製品の材料が元の形状に戻る必要もあります。

3点曲げ試験

3点曲げ試験は、2つの下アンビルの間で試験片のバランスをとりながら、中間点を中心とする1つの上アンビルから力を加える試験です。応力が均一である範囲は非常に小さく、中央の荷重点の下に集中します。試験規格によっては、アンビルの固定や回転、あるいは揺動が必要になることがあります。

4点曲げ試験

4点曲げ試験は3点曲げ試験と異なり、2つの上アンビルを試験片の中心から等距離に配置します。この試験では、均一な応力がかかる範囲は、内スパンの荷重点間（通常は、外スパンの長さの半分）に存在します。ここでも、試験規格の要件に応じて、アンビルの固定や回転、揺動が必要になることがります。一般に、脆性材料の曲げ弾性率の測定には、4点試験を使用します。

一般に曲げ試験は万能試験機で実施します。こうしたシステムは、ロードセル、試験用ソフトウェア、および用途に応じたグリップやアクセサリー（伸び計など）を備えた試験フレームで構成されます。必要となるアクセサリーの種類は、試験対象の材料の種類によって決まります。また、試験機の荷重容量範囲内であれば、1台の機械で治具を変更するだけで、どのような材料も試験できます。

曲げ試験の準備
引張用グリップ 万能試験機のロードフレームはシングルコラムまたはデュアルコラムの構成で、最大2,000kNまでの荷重容量のものがあります。
ソフトウェア 試験用ソフトウェアによって、ユーザーはテスト方法を設定し、結果を出力できます。
ロードセル ロードセルは、試験片に加わる力を測定するトランスデューサです。インストロンのロードセルには、ロードセル容量の1/1000の精度があります。
試験用治具 曲げ試験では、上下のアンビルを使って試験片の要所に力を加える必要があります。アンビルの個数は、実施する試験の種類によって決まります。

 

万能試験機はさまざまなサイズのものを取り揃えており、荷重容量は0.02N～2,000kNまでの範囲です。ほとんどの低荷重試験は、電気機械式のシングルコラムまたはデュアルコラム卓上型試験機で行えるのに対し、高荷重の用途には床置型のフレームが必要です。インストロンの6800シリーズシステムは最大300kNまでの容量に対応でき、引張や圧縮、曲げ、剥離、引裂、せん断、摩擦、ねじり、穿刺など、さまざまな種類の試験を実施できます。インストロンのIndustrialシリーズの油圧サーボ式システムはさらに高容量の試験向けであり、高強度の金属や合金、高度複合材料に対応することができます。ElectroPlusシリーズは、動的疲労試験用です。

万能試験システム
最大300kN

0.02N（2gf）～300kNの範囲の荷重容量を持つシングルおよびデュアルコラムの卓上および床置型試験システム。

詳細

最大2000 kNのIndustrialシリーズ
万能試験システム

インストロンのIndustrialシリーズはシングルまたはデュアル試験スペースからなるフレームで構成され、300kNから2000kNの範囲の荷重容量のものがあります。

詳細

ElectroPuls電気駆動式動的疲労試験システム

疲労・破壊力学試験用のリニア電気モーター駆動の動的試験機で、最大20kNまでの荷重容量のものがあります。

詳細

通常、曲げ試験は、ISO、ASTM、あるいはその他の公認規格に対して実施されます。それら規格には、必要な試験速度や試験片の寸法などの変数が指示されています。一般に試験片は硬質で、プラスチックや金属、木材、セラミックスなどさまざまな材料で作ることができます。試験片の最も一般的な形状は、長方形または管状形です。

屈曲試験試験では、試験片の凸面には引張応力、凹面には圧縮応力が発生します。これにより、正中線に沿ったせん断応力の領域が形成されます。引張応力や圧縮応力から一次障害が起きるようにするには、スパン対深さ比（外周スパンの長さを試験片の高さ（深さ）で割った値）を制御して、せん断応力を最小にする必要があります。ほとんどの材料で、許容範囲はS/d=16です。材料によっては、せん断応力を十分に低く抑えるために、S/d=32～64を必要とするものもあります。

最大繊維応力と最大ひずみは、荷重増分に対して計算されます。結果は応力ひずみ線図にプロットされます。曲げ強さは、最外層繊維の最大応力として定義されます。これは、試験片の凸面側または張力側の表面で計算されます。曲げ弾性係数は，応力対たわみ曲線の傾きから算出されます。曲線に直線領域がない場合は、曲線に割線を当てはめて傾きを求めます。

最大荷重や最大伸長などの計算値は、ロードセルや伸長器の読み取り値から、通常の引張試験または圧縮試験と同様に記録できます。応力とひずみの値は、曲げ治具の支持スパンと荷重スパン（4点曲げ試験の場合）を組み込んでいるため、計算方法が異なります。これらの測定値を記録することは、試験片の寸法を適切に記録することと同様に重要です。これらの値をBluehill Universalを入力した後、曲げ弾性係数などの計算を求めると、自動的に計算が行われます。

ポリマー

ポリマーは、3点曲げ試験が最も一般的です。通常、試験片のたわみはクロスヘッド位置で測定し、試験結果には曲げ強度と曲げ弾性係数が含まれます。

木材と複合材料

木材および複合材料は、4点曲げ試験が最も一般的です。4点試験では、支持スパンの中央で試験片のたわみを正確に測定するために、たわみ計が必要です。試験結果には、曲げ強度と曲げ弾性係数が含まれます。

脆性材料

セラミックやコンクリートなどの脆性材料に対する3点曲げ試験の場合、曲げ強度は破壊係数（MOR）ともいいます。この試験では、曲げ強度のデータのみが提供され、剛性（剛性係数）のデータは提供されません。4点試験は脆性材料にも使用できますが、この場合、支持アンビルと負荷アンビルのアライメントが重要であり、通常、これらの材料用の試験治具には自動調心アンビルがあります。