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, anche se i rapporti 32:1, 40:1 e 60:1 sono consentiti per materiali specifici. ASTM D7264 raccomanda un rapporto di 32:1, ma permette anche l'uso di altri rapporti. Per un tipico campione spesso 0,1" e un rapporto lunghezza-spessore comunemente usato di 16:1, questo corrisponde ad una campata di supporto di 1,6", con almeno un ulteriore 10 per cento (0,25" minimo) di sporgenza del campione ad ogni estremità, come specificato negli standard.

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". 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". 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 utilizza il caricamento a terzo punto o a quarto di punto, sebbene la norma ASTM D7264 consenta 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 0,25" e una lunghezza di 2,5", 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) ASTM Standard D 790-10 (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) ASTM Standard D 6272-10 (2010), "Proprietà flessionali di materie plastiche non rinforzate e rinforzate e di materiali isolanti elettrici mediante flessione su quattro punti", American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, Pennsylvania (pubblicato per la prima volta nel 1998).

3) ASTM Standard D 7264-07 (2007), "Flexural Properties of Polymer Matrix Composite Materials," American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, Pennsylvania (prima edizione 2006).