3点曲げ試験と4点曲げ試験【材料力学用語辞典】

材料力学用語辞典では、材料力学で出てくる専門用語を分かりやすく紹介しています。今回の用語は「3点曲げ試験と4点曲げ試験」です。

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3点曲げ試験と4点曲げ試験

材料の曲げ強度や弾性率を測定する代表的な方法に、3点曲げ試験と4点曲げ試験があります。3点曲げ試験は、試験片を下治具の2点で支持し、上治具で中央1点から荷重を加えて試験片を曲げる試験方法です。上下合わせて3点の接触点があることから「3点曲げ」と呼ばれます。

4点曲げ試験は、下治具だけでなく上治具も2点で試験片と接して試験片を曲げる試験方法です。上下合わせて4点の接触点があることから「4点曲げ」と呼ばれます。

3点曲げ試験と4点曲げ試験で生じる応力

3点曲げ試験では中央の荷重点に最大の曲げモーメントが集中し、最大曲げ応力は σ_max = FL/4Z（F：荷重、L：スパン、Z：断面係数）で表されます。最大応力が試験片の中央1点に発生するのが3点曲げ試験の特徴です。4点曲げ試験では上治具の2点間で曲げモーメントが一定になるため、その区間で均一な最大応力σ_max = FL₁/2Z（L₁：上下治具の支持点の距離）が生じます。Lが同じであれば、3点曲げ試験の方が最大応力は大きくなります。

3点曲げ試験は装置が簡単で大きな応力を発生させ易いので、小さい試験片に適しています。4点曲げ試験は上治具2点間で一様な応力が生じるので、繊維強化プラスチック（FRP）などんｐ不均質な材料の強度評価に適しています。

まとめ

• 材料の曲げ強度を測定する方法として、3点曲げ試験や4点曲げ試験が広く用いられる。
• 3点曲げ試験は装置が簡単で試験片に生じる応力が大きく、最大応力は中央1点で発生。小さい試験片に適する。
• 4点曲げ試験は上治具の2点間に一様な負荷をかけられ、複合材など不均質な材料に適する。

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