マイクロインデンテーションによる3点曲げ試験

3点曲げ試験は一般的な材料試験で、幅広い荷重範囲を扱います。金属、複合材料、岩石、コンクリート、プラスチックなど幅広い試料を、さまざまな形状の平板や角棒として試験します。試料の両端を支え、中央に荷重を加えます（3点曲げ）。試験で得られるデータは、曲げ強さ、性能、耐久性、使用寿命に関する重要な情報を与えます。

一般的な3点曲げ試験では、マイクロインデンテーションが実現する低く感度の高い荷重を加えられず、繊細な試料に対して十分に正確な深さデータも得られません。NANOVEAのナノ・マイクロインデンテーションモードなら、幅広い繊細な材料の引張弾性率と臨界荷重を精密に測定できます。

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たわみとは、荷重を受けた構造要素の変位です。中央に集中荷重を受ける両端固定はりでは、たわみとヤング率の関係は δ = P·L³/(192·E·I) で表されます。ここでPは加えた集中荷重、Lははりの長さ、Iは断面二次モーメント、Eはヤング率です。棒の断面二次モーメントは (π/4)·R⁴ でモデル化します。機械特性試験機で深さ（δ）における荷重（P）を測定すれば、ヤング率は容易に求められます。

機械特性試験機は、試料が破断する臨界深さと臨界荷重を特定します。

以上のように、マイクロインデンテーションモードのNANOVEA機械特性試験機が、3点曲げ試験で引張弾性率を求められることを示しました。さらに、精密な荷重フィードバックループにより、脆性試料が破壊する点、すなわち臨界荷重と臨界深さを特定できることも示しました。システムの応答が速いため、小さい試料の試験では完全に破断する前にすばやく荷重を取り除けました。

最大50 mmの変位と、mNレベルから200 Nまでの荷重により、機械特性試験機は3点曲げ法による研究に理想的なツールです。破断荷重がサブmNの用途では、ナノ領域まで拡張することもできます。また、特定の除荷速度で荷重を取り除いて戻り深さをプロットし、材料が元の形状に戻る全体的な弾性を示すことも、同じ荷重で繰り返し負荷して疲労を調べることもできます。この3点曲げ試験は、ナノ・マイクロ機械試験システムに従来期待される範囲を超えて、さまざまな負荷条件や形状での強度と材料の研究に道を開きます。