Прочность на сжатие

Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью , добавив цитаты из надежных источников . Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален.
Найти источники: «Прочность на сжатие» - новости · газеты · книги · ученый · JSTOR ( май 2014 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить это сообщение-шаблон )

Прочность на сжатие или прочность на сжатие - это способность материала или конструкции выдерживать нагрузки, имеющие тенденцию к уменьшению размера, в отличие от нагрузок, имеющих тенденцию к удлинению. Другими словами, прочность на сжатие сопротивляется сдвигу, тогда как прочность на растяжение противостоит растяжению ( разрыву ). При исследовании прочности материалов прочность на растяжение, прочность на сжатие и сдвиг может быть проанализирована 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 стального барабана

Прочность на сжатие часто измеряют на универсальной испытательной машине . Измерения прочности на сжатие зависят от конкретного метода испытаний и условий измерения. Прочность на сжатие обычно указывается в соответствии с конкретным техническим стандартом .

Введение [ править ]

Сжатие

Когда образец материала нагружается таким образом, что он расширяется, говорят, что он находится в напряжении . С другой стороны, если материал сжимается и укорачивается, говорят, что он находится в состоянии сжатия .

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 коробления .

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

По определению, предел прочности материала на сжатие - это величина одноосного напряжения сжатия, достигаемая при полном разрушении материала. Прочность на сжатие обычно определяется экспериментально с помощью испытания 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 в стороны . Кривой напряжение-деформация строится прибором и будет выглядеть примерно следующим:

Кривая истинного напряжения-деформации для типичного образца

Прочность материала на сжатие будет соответствовать напряжению в красной точке, показанной на кривой. При испытании на сжатие существует линейная область, в которой материал подчиняется закону Гука . Следовательно, для этой области, где на этот раз E относится к модулю Юнга для сжатия. В этой области материал упруго деформируется и возвращается к своей исходной длине после снятия напряжения. ${\ displaystyle \ sigma = E \ epsilon}$

Этот линейный участок заканчивается так называемым пределом текучести . Выше этой точки материал ведет себя пластично и не вернется к своей исходной длине после снятия нагрузки.

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

${\ displaystyle \ sigma = {\ frac {F} {A}}}$

где F = приложенная нагрузка [Н], A = Площадь [м ² ]

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:

${\ displaystyle \ sigma _ {e} = {\ frac {F} {A_ {0}}}}$

A ₀ = площадь исходного образца [м ² ]

Соответственно, инженерная нагрузка будет определяться:

${\ displaystyle \ epsilon _ {e} = {\ frac {l-l_ {0}} {l_ {0}}}}$

где l = текущая длина образца [м] и l ₀ = исходная длина образца [м]

Следовательно, прочность на сжатие будет соответствовать точке на инженерной кривой напряжения-деформации, определяемой формулой ${\ displaystyle (\ epsilon _ {e} ^ {*}, \ sigma _ {e} ^ {*})}$

${\ displaystyle \ sigma _ {e} ^ {*} = {\ frac {F ^ {*}} {A_ {0}}}}$

${\ displaystyle \ epsilon _ {e} ^ {*} = {\ frac {l ^ {*} - l_ {0}} {l_ {0}}}}$

где F ^* = нагрузка, прилагаемая непосредственно перед дроблением, а l ^* = длина образца непосредственно перед дроблением.

Отклонение инженерного напряжения от истинного напряжения [ править ]

Баррель

В практике инженерного проектирования профессионалы в основном полагаются на инженерный стресс. На самом деле настоящий стресс отличается от инженерного. Следовательно, расчет прочности материала на сжатие по данным уравнениям не даст точного результата. ^{[ требуется пояснение ]} Это связано с тем, что площадь A ₀ поперечного сечения изменяется и является некоторой функцией нагрузки A = φ (F).

Таким образом, разницу в значениях можно резюмировать следующим образом:

При сжатии образец укорачивается. Материал будет стремиться растекаться в боковом направлении и, следовательно, увеличивать площадь поперечного сечения .
При испытании на сжатие образец зажимается по краям. ^{[ сомнительно - обсудить ]} 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. ^{[ необходима 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. В связи с этим, явление , известное как галтовка происходит там , где образец достигает ствол shape.c

Сравнение прочности на сжатие и растяжение [ править ]

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 не происходит из-за дефектов или образования шейки.

Режимы разрушения при сжатии [ править ]

Если отношение длины к эффективному радиусу материала, нагруженного при сжатии ( коэффициент гибкости ), слишком велико, вероятно, что материал разрушится из-за потери устойчивости . 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 [ править ]

Материал	R _s [ МПа ]
Фарфор	500
Кость	150
конкретный	20-80
Лед (0 ° C)	3 ^[4]
Пенополистирол	~ 1

Прочность бетона на сжатие [ править ]

Для проектировщиков прочность на сжатие - одно из важнейших инженерных свойств бетона . 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. Часто используется компрессометр . Согласно индийским нормам прочность на сжатие бетона определяется как:

Прочность на сжатие бетона даются в терминах характеристической прочности при сжатии 150 кубов размера мм испытанных через 28 дней (FCK). В полевых условиях испытания прочности на сжатие также проводятся в промежуточный период, то есть через 7 дней, для проверки ожидаемой прочности на сжатие, ожидаемой через 28 дней. То же самое делается для предупреждения о неисправности и принятия необходимых мер предосторожности. Характеристикой прочности определяется как прочность на бетон , ниже которого не более 5% результатов испытаний , как ожидается , падать. ^[5]

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

См. Также [ править ]

Бафф сила
Испытание на сжатие контейнера
Ударопрочность
Деформация (инженерия)
Молоток Шмидта , для измерения прочности материалов на сжатие
Испытание на сжатие при плоской деформации

Ссылки [ править ]

^ Урбанек, Т; Ли, Джонсон. «Прочность на сжатие колонн трубчатых упаковочных форм из бумаги» (PDF) . 34, 6 . Журнал тестирования и оценки: 31–40 . Дата обращения 13 мая 2014 . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
^ Риттер, м А; Олива (1990), «9, Проектирование продольных ламинированных под напряжением настилов» (PDF) , Деревянные мосты: проектирование, строительство, осмотр и техническое обслуживание , Департамент сельского хозяйства США, Лаборатория лесных продуктов (опубликовано в 2010 году) , дата обращения 13 мая 2014
^ Фишер-Криппс, Энтони C. (2007). Введение в контактную механику (2-е изд.). Нью-Йорк: Спрингер. п. 156. ISBN. 978-0-387-68188-7. OCLC 187014877 .
^ Кермани, Маджид; Фарзане, Масуд; Ганьон, Роберт (2007-09-01). «Прочность атмосферного льда на сжатие». Наука и технологии холодных регионов . 49 (3): 195–205. DOI : 10.1016 / j.coldregions.2007.05.003 . ISSN 0165-232X .
^ "Прочность на сжатие бетона и бетонных кубов | Что | Как | CivilDigital |" . 2016-07-07 . Проверено 20 сентября 2016 .

Микелл П. Гровер, Основы современного производства, John Wiley & Sons, 2002 США, ISBN 0-471-40051-3
Каллистер У. Д. мл., Наука о материалах и инженерия - введение, John Wiley & Sons, 2003 США, ISBN 0-471-22471-5

[1] Урбанек, Т; Ли, Джонсон. «Прочность на сжатие колонн трубчатых упаковочных форм из бумаги» (PDF) . 34, 6 . Журнал тестирования и оценки: 31–40 . Дата обращения 13 мая 2014 . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )

[2] Риттер, м А; Олива (1990), «9, Проектирование продольных ламинированных под напряжением настилов» (PDF) , Деревянные мосты: проектирование, строительство, осмотр и техническое обслуживание , Департамент сельского хозяйства США, Лаборатория лесных продуктов (опубликовано в 2010 году) , дата обращения 13 мая 2014

[3] Фишер-Криппс, Энтони C. (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 холодных регионов . 49 (3): 195–205. DOI : 10.1016 / j.coldregions.2007.05.003 . ISSN 0165-232X .

[5] "Прочность на сжатие бетона и бетонных кубов | Что | Как | CivilDigital |" . 2016-07-07 . Проверено 20 сентября 2016 .

[1]