2. หลักการทดสอบแรงกระแทกแบบชาร์ปี้

      ในการทดสอบโดยการกระแทกส่วนใหญ่ก็เพื่อหาความสามารถในการดูดกลืนพลังงานของวัสดุภายใต้การกระแทกซึ่งทำได้โดยใช้พลังงานจากตุ้มเหวี่ยงมากระแทกชิ้นทดสอบจนเกิดแตกหักตามมาตรฐานที่กำหนดการทดสอบการกระแทกเหล็กกล้านั้นต้องใช้เหวี่ยงตีชิ้นทดสอบเพียงครั้งเดียวให้แตกหักภายใต้ภาวะที่กำหนดโดยชิ้นทดสอบจะต้องผ่านการตกแต่งผิวด้วยเครื่องจักรให้ได้ขนาด รูปร่าง และมีร่องบากตามมาตรฐานด้วย

       สำหรับหลักการทดสอบโดยการกระแทกวัสดุนั้น มีการทดสอบที่แตกต่างกันหลายแบบแต่สำหรับการทดสอบการกระแทกเหล็กกล้าหรือโลหะแล้วมักจะนิยมทดสอบโดยวิธี ตุ้มเหวี่ยงกระแทก (pendulum test ) ซึ่งมีหลักการทดสอบ ดังรูปที่ 29

       จากรูปที่ 29 จะสังเกตเห็นว่ามีหลักการเหมือนแบบลูกตุ้มนาฬิกา ซึ่งสามารถที่จะคำนวณปริมาณพลังงานที่ใช้กระแทกชิ้นทดสอบได้จากผลต่างของระดับสูง - ต่ำ ของตุ้มเหวี่ยง เมื่อเริ่มแกว่งไปจนกระทั่งกระแทกชิ้นทดสอบจนแตกหัก ในการทดสอบโดยวิธีการตุ้มเหวี่ยงกระแทกนี้ จะเห็นว่าพลังงานศักย์ของตุ้มเหวี่ยงก่อนปล่อยจากตำแหน่ง A คือ mga หลังจากปล่อยพลังงานศักย์ลดลง และพลังงานจลน์เพิ่มขึ้นจนกระทั่งถึงจุดก่อนกระแทกที่ตำแหน่ง B จะมีค่ามากที่สุด และตำแหน่ง B ปริมาณพลังงานที่จะทำให้ชิ้นทดสอบแตกหักและแพร่กระจายไปแต่เนื่องจากตุ้มเหวี่ยงหรือค้อนยังคงเหวี่ยงมาถึงจุดไกลที่สุด คือ ตำแหน่ง C ซึ่งพลังงานศักย์มีค่าเป็น mgb ดังนั้นผลต่างระหว่างพลังงานศักย์ ที่ตำแหน่ง A และ C คือ พลังงานกระแทกที่ทำให้ชิ้นทดสอบแตกหัก โดยคำนวณได้ดังนี้

                            พลังงานก่อนกระแทก = mgb

                                                     r = + a

                                               cos a =

                                               r - oc = cos a

                                                  b = r - oc

                                                  b = r - r cos a

                                                  b = 1 - (cos a)

                           พลังงานก่อนกระแทก = mga = mgr (1 - cos a)

                           พลังงานหลังกระแทก = mga

                                                  r = OD + a

                                            cos B =

                                           r - OD = cos B

                                                  b = r - OD

                                                  b = r - r cos B

                                                  b = 1 - (r cos B)

                           พลังงานหลังกระแทก = mgb = mgr (1 - cos B)

                    พลังงานกระแทกชิ้นทดสอบ = mg(a - b)

                                                    = mgr (r - r cos B - r + r cos a)

                                                    = mgr (cos B - cos a)

       เมื่อm = มวล กิโลกรัม (kg) , g = 9.81 m/ , α = มุมยกขึ้นก่อนการกระแทกเป็นองศา ,β = มุมยกขึ้นหลังการกระแทกเป็นองศา , r = รัศมีความยาวจากศูนย์กลางหมุนถึงตาแหน่งตี

       สำหรับพลังกระแทกชิ้นทดสอบ จะมีค่าเป็นจูล ซึ่งในเครื่องทดสอบส่วนมาก อ่านค่าพลังงานได้โดยตรง จากสเกลที่ถูกแบ่งเป็นหน่วยพลังงานไว้เป็นจูลด้วยเหมือนกัน

ตัวอย่างที่ 1

       เครื่องทดสอบแรงกระแทกแบบชาร์ปี้ตุ้มเหวี่ยงมีน้าหนัก 15.34 kg ระยะของแขนตุ้มเหวี่ยงคือ 0.7 m มุมก่อนตีกระแทกคือ 150 องศา มุมหลังการกระแทกคือ 120 องศา พลังงานที่ใช้ตีกระแทกคือเท่าไร กำหนดให้ค่า ( g = 9.81 m/ )

       วิธีทำ จากสูตร Energy             = mgr ( r – r cos β – r + r cos α )

                                                = mgr ( cos β - cos α )

                                                = 15.34 kg x 9.81 m/ x 0.7 m x

                                               ( cos120 – cos150 )

                                                = 38.55J