Kompresní test, jak se to dělá, vlastnosti, příklady

The kompresní test je experiment prováděný postupným lisováním vzorku materiálu, například betonu, dřeva nebo kamene, známého jako zkumavka a pozorování deformace vyvolané působením tlakového napětí nebo zatížení.

Tlakové napětí je vytvářeno dvěma silami působícími na konce těla, aby se při jeho stlačování zmenšila jeho délka..

Současně se zvětšuje jeho průřezová plocha, jak je vidět na obrázku 1. Jak jsou stále větší a větší napětí vyvíjena, projevují se mechanické vlastnosti materiálu..

Rejstřík článků

• 1 Jak se používá tlakové napětí?
• 2 Získané vlastnosti a data
  • 2.1 Spolehlivé výsledky
  • 2.2 Křivka napětí-deformace
• 3 Příklady snah o porozumění
  • 3.1 Beton
  • 3.2 Šedá litina
• 4 Odkazy

Jak se používá tlakové napětí?

K aplikaci tlakového napětí se vzorek, nejlépe ve tvaru válce kruhového průřezu, umístí do stroje známého jako univerzální testovací stroj, který postupně komprimuje vzorek v dříve stanovených přírůstcích tlaku.

Body křivky napětí (v newtonech / m^dva) versus deformace ε jsou graficky generovány. Napětí je poměr mezi aplikovanou silou a plochou průřezu, zatímco přetvoření je kvocient mezi zkrácením ΔL a původní délkou vzorku L_nebo:

ε = ΔL / L_nebo

Z analýzy grafu jsou odvozeny mechanické vlastnosti stlačeného materiálu.

Postupem experimentu se vzorek zkracuje a rozšiřuje, jak je vidět na obrázku 1, nebo se také zkroutí nebo ohne, v závislosti na počáteční délce vzorku. Experiment končí, když se ve vzorku vyskytne porucha nebo zlomenina.

Získané vlastnosti a data

Z tlakové zkoušky se před lisováním získají mechanické vlastnosti materiálu, například modul pružnosti a pevnost v tlaku, velmi důležité v materiálech použitých při stavbě.

Pokud je zkoušený materiál křehký, nakonec se zlomí, takže konečnou pevnost lze snadno najít. V tomto případě je zaznamenáno kritické zatížení, typ porušení představovaný materiálem a tvar zlomeniny..

Pokud však materiál není křehký, ale tvárný, nebude se tento konečný odpor snadno projevovat, takže zkouška nebude prodloužena na neurčito, protože s rostoucím napětím bude stav vnitřního napětí vzorku jednotný. V tomto bodě je platnost testu ztracena.

Spolehlivé výsledky

Aby byly výsledky spolehlivé, je nutné, aby vnitřní vlákna materiálu zůstala rovnoběžná, ale vnitřní tření způsobí, že se vlákna ohnou a napětí bude homogenní.

První věcí je zvážit počáteční velikost vzorku před zahájením testu. Kratší zkumavky, tzv kompresní vzorek, mají tendenci mít tvar hlavně, zatímco delší zkumavky, tzv vzorky sloupců, vyboulí se.

Existuje kritérium známé jako důvod štíhlosti, což je podíl mezi počáteční délkou L_nebo a poloměr otáčení R_G:

r = L_nebo / R._G

Otočte R_G = √ (I / A) Kde I je moment setrvačnosti a A je plocha průřezu.

Pokud je poměr štíhlosti menší než 40, funguje to jako vzorek komprese, a pokud je větší než 60, funguje to jako sloup. Mezi 40 a 60 by měl vzorek střední chování, kterému je lepší se vyhnout, při práci s poměry menšími než 40 nebo většími než 60.

Křivka napětí-deformace

Zkouška tlakem je analogická s zkouškou tahem nebo tahem, ale namísto roztažení vzorku k prasknutí se tentokrát zkouší pevnost v tlaku..

Chování materiálu má tendenci se lišit v tlaku a tahu a dalším důležitým rozdílem je, že síly v tlakové zkoušce jsou větší než v tlakové zkoušce..

Při tlakové zkoušce, například u vzorku hliníku, křivka napětí-deformace stoupá, zatímco při zkoušce tahem stoupá a poté klesá. Každý materiál má svou vlastní křivku chování.

Při kompresi je napětí podle konvence považováno za záporné, stejně jako vytvořená deformace, což je rozdíl mezi konečnou a počáteční délkou. Z tohoto důvodu by křivka napětí-deformace byla ve třetím kvadrantu roviny, avšak graf je bez problémů přenesen do prvního kvadrantu.

Obecně existují dvě dobře diferencované zóny: zóna elastické deformace a zóna plastické deformace..

Pružná deformace

Jedná se o lineární oblast obrázku, ve které jsou napětí a přetvoření úměrné, přičemž konstanta úměrnosti je modul pružnosti materiálu, označeno jako Y:

σ = Y. ε

Protože ε je kmen ΔL / L_nebo, nemá žádné rozměry a jednotky Y jsou stejné jako jednotky úsilí.

Když materiál pracuje v této zóně, po odstranění zátěže se rozměry vzorku vrátí k původním.

Plastická deformace

Zahrnuje nelineární část křivky na obrázku 5, ačkoliv je zatížení odstraněno, vzorek nezotavuje své původní rozměry a je trvale deformován. V plastickém chování materiálu se rozlišují dvě důležité oblasti:

-Výtěžek: deformace se zvyšuje bez zvýšení aplikovaného zatížení.

-Deformace: pokud se zatížení stále zvyšuje, nakonec vzorek praskne.

Příklady úsilí o porozumění

Beton

Obrázek ukazuje odezvu betonu při tlakové zkoušce (třetí kvadrant) a při zkoušce tahem (první kvadrant). Je to materiál s odlišnou kompresní odezvou než tahová..

Rozsah lineární pružné odezvy betonu na tlak je větší než na tah a z prodloužení křivky je vidět, že beton je mnohem odolnější vůči tlaku. Hodnota porušení betonu před stlačením je 20 × 10⁶ N / m^dva.

Z tohoto důvodu je beton vhodný pro stavbu svislých sloupů, které musí odolat tlaku, ale ne pro nosníky. Beton může být vyztužen ocelovými tyčemi nebo kovovou sítí, která je pod napětím, zatímco beton schne.

Šedá litina

Je to další materiál s dobrým chováním při stlačení (křivka AC ve třetím kvadrantu), ale křehký, když je vystaven napětí (křivka AB v prvním kvadrantu)..

Reference

1. Beer, F. 2010. Mechanika materiálů. McGraw Hill. 5. Edice.
2. Cavazos, J.L. Mechanika materiálů. Obnoveno z: youtube.com.
3. Giancoli, D. 2006. Fyzika: Principy s aplikacemi. 6.. Hala Ed Prentice.
4. Hibbeler, R. 2011. Mechanika materiálů. 8. vydání. Pearson.
5. Valera Negrete, J. 2005. Poznámky k obecné fyzice. UNAM.