Прочность на сжатие - Compressive strength

Прочность на сжатие или же прочность на сжатие это способность материала или конструкции выдерживать нагрузки, стремящиеся к уменьшению размера, в отличие от нагрузок, имеющих тенденцию к удлинению. Другими словами, прочность на сжатие сопротивляется сдвигу, тогда как прочность на разрыв - напряжение (разнимается). При изучении сопротивление материалов, прочность на разрыв, прочность на сжатие и прочность на сдвиг можно анализировать независимо.

Некоторые материалы разрушаются на пределе их прочности на сжатие; другие деформируются необратимо, поэтому данную величину деформации можно рассматривать как предел сжимающей нагрузки. Прочность на сжатие - ключевое значение при проектировании конструкций.

Измерение прочности на сжатие стали барабан

Прочность на сжатие часто измеряют на универсальная испытательная машина. На измерения прочности на сжатие влияют специфические Метод испытания и условия измерения. Прочность на сжатие обычно указывается в зависимости от конкретного технический стандарт.

Вступление

Напряжение
Сжатие

Когда образец материала нагружается таким образом, что он расширяется, говорят, что он находится в напряжение. С другой стороны, если материал компрессы и укорачивает, как говорят, в сжатие.

На атомном уровне молекулы или атомы при растяжении раздвигаются, тогда как при сжатии они прижимаются друг к другу. Поскольку атомы в твердых телах всегда пытаются найти положение равновесия и расстояние между другими атомами, во всем материале возникают силы, противодействующие как растяжению, так и сжатию. Поэтому явления, преобладающие на атомном уровне, подобны.

«Деформация» - это относительное изменение длины под действием приложенного напряжения; положительная деформация характеризует объект под растягивающей нагрузкой, которая имеет тенденцию к его удлинению, а сжимающее напряжение, которое укорачивает объект, дает отрицательную деформацию. Напряжение имеет тенденцию подтягивать небольшие боковые отклонения к выравниванию, в то время как сжатие имеет тенденцию усиливать такое отклонение до коробление.

Прочность на сжатие измеряется на материалах, компонентах,[1] и конструкции.[2]

По определению, предел прочности материала на сжатие - это величина одноосного сжимающее напряжение достигается, когда материал полностью разрушается. Прочность на сжатие обычно получают экспериментально с помощью испытание на сжатие. Аппарат, использованный для этого эксперимента, такой же, как и при испытании на растяжение. Однако вместо приложения одноосной растягивающей нагрузки применяется одноосная сжимающая нагрузка. Как можно представить, образец (обычно цилиндрический) укорачивается, а также расширяется. сбоку. А кривая напряжение – деформация строится прибором и будет выглядеть примерно так:

Кривая истинного напряжения-деформации для типичного образца

Прочность материала на сжатие будет соответствовать напряжению в красной точке, показанной на кривой. При испытании на сжатие есть линейная область, где материал следует Закон Гука. Следовательно, для этого региона , где на этот раз E означает модуль Юнга для сжатия. В этой области материал упруго деформируется и возвращается к своей исходной длине после снятия напряжения.

Эта линейная область оканчивается так называемой предел текучести. Выше этой точки материал ведет себя пластически и не вернется к исходной длине после снятия нагрузки.

Есть разница между инженерным стрессом и настоящим стрессом. По своему основному определению одноосное напряжение определяется следующим образом:

где F = приложенная нагрузка [Н], A = Площадь [м2]

Как уже говорилось, площадь образца изменяется при сжатии. Таким образом, в действительности площадь является некоторой функцией приложенной нагрузки, то есть A = f (F). Действительно, напряжение определяется как сила, деленная на площадь в начале эксперимента. Это называется инженерным напряжением и определяется следующим образом:

А0= Площадь исходного образца [м2]

Соответственно, инженерная напряжение будет определяться:

где l = текущая длина образца [м] и l0 = исходная длина образца [м]

Следовательно, прочность на сжатие будет соответствовать точке на инженерной кривая напряжения-деформации определяется

гдеF* = нагрузка, приложенная непосредственно перед дроблением и l* = длина образца перед раздавливанием.

Отклонение инженерного напряжения от истинного напряжения

Баррель

В практике инженерного проектирования профессионалы в основном полагаются на инженерный стресс. На самом деле настоящий стресс отличается от инженерного напряжения. Следовательно, расчет прочности материала на сжатие по данным уравнениям не даст точного результата.[требуется разъяснение ] Это потому, что площадь поперечного сечения A0 изменяется и является некоторой функцией нагрузки A = φ (F).

Таким образом, разницу в значениях можно резюмировать следующим образом:

  • При сжатии образец укорачивается. Материал будет распространяться в поперечном направлении и, следовательно, увеличивать поперечное сечение площадь.
  • При испытании на сжатие образец зажимается по краям.[сомнительный – обсуждать] По этой причине возникает сила трения, которая препятствует боковому распространению. Это означает, что необходимо проделать работу, чтобы противодействовать этой силе трения, следовательно, увеличивается энергия, потребляемая во время процесса. Это приводит к немного неточному значению напряжения, полученному в результате эксперимента.[нужна цитата ] Сила трения непостоянна для всего поперечного сечения образца. Он варьируется от минимума в центре, вдали от зажимов, до максимума на краях, где он зажимается. Из-за этого явление, известное как баррель происходит, когда образец приобретает бочкообразную форму. c

Сравнение прочности на сжатие и растяжение

Бетон и керамика обычно имеют гораздо более высокую прочность на сжатие, чем на разрыв. Композиционные материалы, такие как композит из стекловолокна с эпоксидной матрицей, как правило, имеют более высокий предел прочности на разрыв, чем предел прочности на сжатие. Металлы трудно испытать на разрушение при растяжении и сжатии. При сжатии металл выходит из строя из-за коробления / крошения / сдвига под 45 градусов, который сильно отличается (хотя и более высокие напряжения) от растяжения, которое выходит из строя из-за дефектов или сужения.

Режимы разрушения при сжатии

Если отношение длины к эффективному радиусу нагруженного при сжатии материала (Коэффициент стройности ) слишком высока, велика вероятность того, что материал выйдет из строя под коробление. В противном случае, если материал является пластичным, обычно возникает деформация, которая проявляет эффект барреляции, описанный выше. Хрупкий материал при сжатии обычно разрушается из-за осевого расщепления, сдвигового разрушения или вязкого разрушения в зависимости от уровня ограничения в направлении, перпендикулярном направлению нагрузки. Если нет ограничения (также называемого ограничивающим давлением), хрупкий материал может разрушиться из-за осевого раскалывания. Умеренное ограничивающее давление часто приводит к разрушению при сдвиге, в то время как высокое ограничивающее давление часто приводит к пластическому разрушению даже в хрупких материалах.[3]

Типичные значения

Материалрs [МПа ]
Фарфор500
Кость150
конкретный20-80
Лед (0 ° С)3[4]
Пенополистирол~1

Прочность на сжатие бетона

Для проектировщиков прочность на сжатие - одно из важнейших инженерных свойств конкретный. Стандартной производственной практикой является классификация бетона по маркам. Этот класс - не что иное, как прочность на сжатие бетонного куба или цилиндра. Образцы куба или цилиндра обычно испытываются на машине для испытаний на сжатие, чтобы определить прочность бетона на сжатие. Требования к испытаниям различаются от страны к стране в зависимости от кода проектирования. Согласно индийским нормам, прочность бетона на сжатие определяется как

В прочность бетона на сжатие дается с точки зрения характерная прочность на сжатие кубиков размером 150 мм, испытанных через 28 дней (fck). В полевых условиях испытания прочности на сжатие также проводятся временно, то есть через 7 дней, чтобы проверить ожидаемую прочность на сжатие, ожидаемую через 28 дней. То же самое делается для предупреждения о неисправности и принятия необходимых мер предосторожности. В характерная сила определяется как сила из конкретный ниже которого ожидается падение не более 5% результатов испытаний.[5]

Для целей проектирования это значение прочности на сжатие ограничивается делением на коэффициент запаса прочности, значение которого зависит от используемой философии проектирования.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Урбанек, Т; Ли, Джонсон. «Прочность на сжатие колонн трубчатых упаковочных форм из бумаги» (PDF). 34, 6. Журнал тестирования и оценки: 31–40. Получено 13 мая 2014. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  2. ^ Риттер, м А; Олива (1990), «9, Проектирование продольных конструкций настилов из ламинированного стресса» (PDF), Деревянные мосты: проектирование, строительство, осмотр и обслуживание, Департамент сельского хозяйства США, Лаборатория лесных товаров (опубликовано в 2010 г.), получено 13 мая 2014
  3. ^ Фишер-Криппс, Энтони К. (2007). Введение в контактную механику (2-е изд.). Нью-Йорк: Спрингер. п. 156. ISBN  978-0-387-68188-7. OCLC  187014877.
  4. ^ Кермани, Маджид; Фарзане, Масуд; Ганьон, Роберт (2007-09-01). «Прочность атмосферного льда на сжатие». Наука и технологии в холодных регионах. 49 (3): 195–205. Дои:10.1016 / j.coldregions.2007.05.003. ISSN  0165-232X.
  5. ^ "Прочность на сжатие бетона и бетонных кубиков | Что | Как | CivilDigital |". 2016-07-07. Получено 2016-09-20.
  • Микелл П. Гровер, Основы современного производства, John Wiley & Sons, 2002 г. США, ISBN  0-471-40051-3
  • Каллистер У. Д. мл., Наука о материалах и инженерия - введение, John Wiley & Sons, 2003 г., США, ISBN  0-471-22471-5