Apparecchio per prove di flessione a tre e quattro punti (ASTM D790, 6272, 7264)

Modello n. WTF-FL (acciaio inox)

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Fig. 1: Apparecchio per prove di flessione a tre e quattro punti

Questa attrezzatura per prove di flessione, illustrata nelle figure 1 e 2, è stata progettata per testare i materiali sia a tre che a quattro punti di flessione. Prima del 1997, una norma ASTM, la ASTM D790, copriva entrambe le modalità di carico. Tuttavia, dal 1997, solo il carico a tre punti è incluso nella norma ASTM D790 (riferimento 1), mentre per il carico a quattro punti è stata creata una nuova norma ASTM, la ASTM D6272 (riferimento 2). Queste due norme sono di competenza del Comitato ASTM D20-Plastics. Nel 2006, il Comitato ASTM D30-Compositi ha emesso una nuova norma specifica per i compositi, la ASTM D7264, intitolata "Flexural Properties of Fiber-Reinforced Polymer Matrix Composites", che include sia il carico a tre che a quattro punti (riferimento 3).

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Fig. 2: Vista dei vari componenti del dispositivo di flessione

Le norme ASTM D790 e D6272 raccomandano un rapporto lunghezza-spessore del provino di 16:1, sebbene siano consentiti rapporti di 32:1, 40:1 e 60:1 per materiali specifici. La norma ASTM D7264 raccomanda un rapporto di 32:1, ma consente anche l'uso di altri rapporti. Per un provino tipico di 0,1 pollici di spessore e un rapporto lunghezza-spessore della campata comunemente utilizzato di 16:1, ciò corrisponde a una campata di supporto di 1,6 pollici, con almeno un ulteriore 10% (0,25 pollici minimo) di sporgenza del provino a ciascuna estremità, come specificato nelle norme.

Per adattarsi a vari tipi di materiali, spessori dei campioni e rapporti lunghezza-spessore, la lunghezza della campata del supporto del modello WTF-FL è regolabile in continuo su tutta la gamma di lunghezze fino a 8 pollici. Sulla base sono incisi dei segni di scala per facilitare l'impostazione della lunghezza della campata desiderata, che si ottiene facendo scorrere ciascuno dei supporti dei campioni nelle posizioni richieste. I supporti dei campioni vengono poi fissati saldamente in posizione stringendo le viti a testa esagonale dal lato inferiore. La testa di carico a quattro punti può essere regolata in modo analogo, fino a un'ampiezza massima di 6 pollici. È inoltre dotata di marcature incise sulla scala, per facilitare l'impostazione della lunghezza della campata di carico desiderata. Per il caricamento a quattro punti, in genere si usa il caricamento a terzo o a quarto di punto, anche se la norma ASTM D7264 consente solo il caricamento a quarto di punto.

Tutti i supporti e i punti di carico sono cilindri in acciaio temprato, ciascuno con un diametro di 10 mm e una lunghezza di 2,5 pollici, trattenuti da piccole molle su ciascuna estremità. Questo permette di ruotarli e di sostituirli facilmente se lo si desidera. Su richiesta, è possibile fornire altre lunghezze di carico e di supporto e altri diametri di cilindro. Ad esempio, sono comunemente utilizzati anche cilindri di carico di 4 mm, 6 mm e 10 mm di diametro. Ad esempio, le norme ASTM D790 e D6275 prevedono cilindri con diametro di 4 mm e 10 mm.

La parte superiore e la base del dispositivo di flessione presentano un foro filettato da 1"-14 da utilizzare per il fissaggio alla macchina di prova. È possibile realizzare adattatori personalizzati per il fissaggio a qualsiasi tipo di connessione per una macchina di prova specifica, ma non sono inclusi nel dispositivo.

Possono essere progettati e fabbricati anche dispositivi di flessione speciali. Uno di questi esempi è mostrato in Fig. 3. Questo dispositivo di supporto a tre punti di carico, completamente regolabile, ha cilindri di supporto che sono liberi di rotolare sulle loro superfici piane di supporto mentre il provino si deflette sotto carico. Questo apparecchio è anche progettato in modo che si possano usare cilindri intercambiabili di diametro diverso. Anche se i cilindri di supporto rotolanti non sono richiesti dalla maggior parte degli standard, questa opzione è disponibile, se lo si desidera.

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Fig. 3: Apparecchio di flessione a tre punti completamente regolabile con supporti per cilindri e cilindri di carico e supporto intercambiabili con adattatori opzionali (sono mostrati cilindri di diametro 3, 6,4, 10 e 12 mm).

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Fig. 4: Dispositivo di flessione a tre punti completamente regolabile con supporti per cilindri rotanti con adattatori opzionali.

FL Rolling Support-Closeup

Fig. 5: Primo piano di un tipico cilindro di supporto di rotolamento.

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Fig. 6: Configurazioni di apparecchi a tre e quattro punti in scala ridotta per testare le ossa del topo.

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Fig. 7: Dispositivo di flessione a tre punti a campata regolabile, in superlega di nichel in scala ridotta, per l'uso in prove ad alta temperatura.

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Fig. 8: Miniatura a campata fissa, dispositivo di flessione a quattro punti (campata di supporto di 4 mm e campata di carico di 2 mm).

Possono essere forniti anche dispositivi di flessione a vite, simili al  Dispositivo di taglio a trave corta e il Apparecchio di flessione a fascio lungo.

Fonti di informazioni aggiuntive:

1) Standard ASTM D790-10 (2010), "Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials", American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, Pennsylvania (prima edizione nel 1970).

2) Standard ASTM D6272-10 (2010), "Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials by Four-Point Bending", American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, Pennsylvania (prima edizione nel 1998).

3) Standard ASTM D7264-07 (2007), "Flexural Properties of Polymer Matrix Composite Materials", American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, Pennsylvania (prima edizione nel 2006).