آزمون خمش شانز یا خمش چهارنقطه ای چیست؟

آزمون خمش شانز یا 4 نقطه ای (Four-Point Bending Test) یکی از روش‌های استاندارد برای ارزیابی رفتار مکانیکی ایمپلنت‌ها و اجزای ارتوپدی مانند پین‌ها و سیستم‌های تثبیت ستون فقرات است. در این روش، نمونه در یک فیکسچر چهارنقطه‌ای قرار می‌گیرد و با اعمال نیرو در دو نقطه بارگذاری و اتکا بر دو تکیه‌گاه، تحت خمش قرار می‌گیرد تا شاخص‌هایی مثل سختی خمشی، میزان تغییر شکل و مقاومت در برابر تسلیم یا شکست اندازه‌گیری شود.

در کاربردهای مرتبط با ایمپلنت‌های ستون فقرات و پین‌های تثبیت، این آزمون مطابق استاندارد ASTM F1541:2017 انجام می‌شود. استاندارد، الزامات مربوط به جانمایی، شرایط بارگذاری، نرخ اعمال نیرو و روش گزارش‌دهی نتایج را مشخص می‌کند تا نتایج آزمون قابل تکرار و قابل مقایسه باشند. هدف از آزمون خمش 4 نقطه ای، شبیه‌سازی شرایط خمشی رایج در عملکرد سیستم‌های تثبیت و کمک به ارزیابی کیفیت و ایمنی محصول است.

 

جهت دریافت خدمات و مشاوره رایگان با نیکوفامد تماس بگیرید.

 

آزمون خمش شانز چگونه انجام می شود؟

هدف آزمون

هدف آزمون خمش 4 نقطه ای، سنجش مکانیکی پین‌های تثبیت خارجی است؛ شامل تعیین سختی خمشی (bending stiffness)، صلابت خمشی (bending rigidity)، مقاومت خمشی (bending yield strength) و در صورت شکست، مقاومت نهایی.

این آزمون فقط برای موادی با رفتار خطی-الاستیک کاربرد دارد و در وهله اول برای تحلیل عملکرد مکانیکی است، نه پیش‌بینی مستقیم عملکرد بالینی.

 

جهت کسب اطلاعات در رابطه با آزمون خستگی ایمپلنت کلیک کنید.

 

تعاریف کلیدی

Bending stiffness: شیب اولیه منحنی گشتاور خمشی در مقابل تغییر شکل.

Bending yield strength: گشتاور خمشی مورد نیاز برای ایجاد کرنش خمشی دائم 0.2٪؛ اگر نمونه قبل از آن بشکند، مقدار شکست گزارش می‌شود.)

Maximum deformation: بیشینه جابجایی عمودی زیر بارگذاری.

Bending rigidity: مقاومت خمشی نرمال‌شده نسبت به خواص مقطعی بخش فعال پین (EI effect)

 

مراحل اجرای آزمون

1- آماده‌سازی نمونه و جانمایی
نمونه داخل فیکسچر چهارنقطه‌ای قرار می‌گیرد؛ شامل دو تکیه‌گاه و دو نقطه اعمال نیرو.

2- بارگذاری استاتیک با نرخ کنترل‌شده
نیرو با سرعت مشخص اعمال می‌شود تا نمونه به حد تسلیم تعریف‌شده برسد یا در صورت وقوع، دچار شکست شود.

3- ثبت داده‌ها و رسم منحنی
خروجی آزمون به شکل گشتاور خمشی در برابر تغییر شکل ثبت می‌شود. از این منحنی، پارامترهای مکانیکی استخراج می‌گردند.

 

اجرای آزمون پیچش (Torsion Test)

در ادامه (یا جداگانه)، آزمون پیچش انجام می‌شود:

پین از دو طرف گیره می‌شود، یک سمت ثابت و سمت دیگر با گشتاور چرخانده می‌شود.

نمودار گشتاور در برابر زاویه دوران (Torque vs. Angle) رسم می‌شود.

از این نمودار، سختی پیچشی (torsional stiffness)، صلابت پیچشی (torsional rigidity) و در صورت شکست، مقاومت پیچشی محاسبه می‌شوند.

 

تحلیل داده‌ها

 داده‌ها در قالب منحنی گشتاور خمشی در برابر تغییر شکل خمشی ارائه می‌شوند. از این منحنی:

شیب اولیه → سختی خمشی

مقاومت مؤثر مقطعی (EI) → صلابت خمشی

بیشینه گشتاور یا گشتاور متناظر با کرنش 0.2٪ → مقاومت خمشی

استخراج و گزارش می‌گردند.

ارتباط آزمون خمش و آزمون پیچش

در برخی پروژه‌ها (یا بر اساس نیاز کنترل کیفیت)، کنار آزمون خمش 4 نقطه ای، آزمون پیچش هم انجام می‌شود. در آزمون پیچشی، نمونه از دو طرف گیره شده و با اعمال گشتاور، نمودار Torque vs Angle ثبت می‌شود تا شاخص‌هایی مثل سختی پیچشی و مقاومت پیچشی محاسبه شوند.

سوالات متداول

1- آزمون خمش 4 نقطه ای دقیقاً چه چیزی را اندازه‌گیری می‌کند؟

در آزمون خمش 4 نقطه ای، پارامترهایی مثل سختی خمشی، صلابت خمشی، مقاومت خمشی در تسلیم، بیشینه تغییر شکل و در صورت شکست، مقاومت نهایی اندازه‌گیری می‌شود.

 

2- تفاوت آزمون خمش 3 نقطه ای و آزمون خمش 4 نقطه ای چیست؟

در آزمون خمش سه نقطه ای فشار در یک نقطه اعمال می‌شود و تنش در مرکز متمرکزتر است؛ اما در آزمون خمش چهارنقطه ای فشار در دو نقطه اعمال می‌شود و یک ناحیه با تنش یکنواخت‌تر ایجاد می‌کند که برای تحلیل دقیق‌ مناسب است.

 

3-چرا برای ایمپلنت‌های ستون فقرات آزمون خمش 4 نقطه ای استفاده می‌شود؟

چون این روش شرایط خمشی واقعی‌تر و قابل کنترل‌تری ایجاد می‌کند و شاخص‌های عملکردی مانند سختی خمشی و مقاومت خمشی را با دقت بیشتری ارائه می‌دهد.

 

4-نتایج آزمون خمش 4 نقطه ای چگونه گزارش می‌شود؟

نتایج معمولاً به صورت منحنی گشتاور خمشی در برابر تغییر شکل و همچنین مقادیر استخراج‌شده مانند bending stiffness، bending rigidity و bending yield strength گزارش می‌گردد.

 

5- نواع آزمون خمش کدام‌اند و کدام بهتر است؟

از رایج‌ترین انواع آزمون خمش می‌توان به آزمون خمش سه نقطه ای و آزمون خمش چهارنقطه ای اشاره کرد. انتخاب روش بهتر به نوع قطعه، استاندارد مربوطه و هدف آزمون (کنترل کیفیت، تحقیق و توسعه، مقایسه طراحی) بستگی دارد.

آزمایشگاه همکار نیکوفارمد با دارا بودن گواهینامه معتبر ISO/IEC 17025 و تجهیزات پیشرفته آزمون‌های مکانیکی، آزمون خمش شانز (خمش چهارنقطه ای) مطابق با استاندارد ASTM F1541:2017  انجام می دهد.

آزمون خمش شانز به عنوان یکی از کلیدی‌ترین روش‌های ارزیابی کیفیت و ایمنی پین‌های تثبیت خارجی و ایمپلنت‌های ستون فقرات، امکان اندازه‌گیری دقیق سختی، صلابت و مقاومت خمشی را فراهم می‌سازد.