Pevnost v tlaku - Compressive strength
![]() | tento článek potřebuje další citace pro ověření.Květen 2014) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony) ( |
Pevnost v tlaku nebo pevnost v tlaku je kapacita materiálu nebo struktury odolat zatížením majícím sklon ke zmenšení velikosti, na rozdíl od toho, který vydrží zatížení mající sklon k prodloužení. Jinými slovy, pevnost v tlaku odolává tomu, aby byla tlačena k sobě, zatímco pevnost v tahu odolává napětí (roztahování). Ve studii o síla materiálu, pevnost v tahu, pevnost v tlaku a pevnost ve smyku lze analyzovat samostatně.
Některé materiály se lámou při mezní pevnosti v tlaku; jiné se nevratně deformují, takže dané množství deformace lze považovat za limit pro tlakové zatížení. Pevnost v tlaku je klíčovou hodnotou pro návrh konstrukcí.

Pevnost v tlaku se často měří na a univerzální testovací stroj. Měření pevnosti v tlaku jsou ovlivněna specifickým testovací metoda a podmínky měření. Pevnosti v tlaku jsou obvykle uváděny ve vztahu k určitému technická norma.
Úvod
Když je vzorek materiálu vložen takovým způsobem, že se rozšiřuje, říká se, že je v něm napětí. Na druhou stranu, pokud materiál komprimuje a zkrátí se říká, že je v komprese.
Na atomové úrovni molekuly nebo atomy jsou tlačeny od sebe, když jsou v tahu, zatímco v tlaku jsou tlačeny společně. Vzhledem k tomu, že atomy v pevných látkách se vždy snaží najít rovnovážnou polohu a vzdálenost mezi ostatními atomy, v celém materiálu vznikají síly, které jsou v rozporu s napětím i stlačení. Jevy převládající na atomové úrovni jsou proto podobné.
„Napětí“ je relativní změna délky při aplikovaném napětí; pozitivní přetvoření charakterizuje objekt pod tahovým zatížením, které má tendenci ho prodlužovat, a tlakové napětí, které objekt zkracuje, dává negativní přetvoření. Napětí má tendenci táhnout malé boční průhyby zpět do zarovnání, zatímco komprese má tendenci tuto výchylku zesilovat vzpěr.
Pevnost v tlaku se měří na materiálech, součástech,[1] a struktur.[2]
Podle definice je konečnou pevností v tlaku materiálu hodnota jednoosého tlakové napětí dosaženo, když materiál zcela selže. Pevnost v tlaku se obvykle získává experimentálně pomocí a tlaková zkouška. Zařízení použité pro tento experiment je stejné jako zařízení použité při zkoušce tahem. Namísto použití jednoosého tahového zatížení se však použije jednoosé tlakové zatížení. Jak si lze představit, vzorek (obvykle válcový) je zkrácen a rozšířen bočně. A křivka napětí-deformace je vykreslen nástrojem a bude vypadat podobně jako následující:

Pevnost v tlaku materiálu by odpovídala napětí v červeném bodě zobrazeném na křivce. V testu komprese existuje lineární oblast, kde materiál následuje Hookeův zákon. Proto pro tento region kde E tentokrát odkazuje na Youngův modul pro kompresi. V této oblasti se materiál pružně deformuje a po odstranění napětí se vrátí na svou původní délku.
Tato lineární oblast končí u toho, co je známé jako mez kluzu. Nad tímto bodem se materiál chová plasticky a po odstranění zátěže se nevrátí na původní délku.
Mezi technickým stresem a skutečným stresem je rozdíl. Podle své základní definice je jednoosé napětí dáno vztahem:
kde F = aplikované zatížení [N], A = plocha [m2]
Jak bylo uvedeno, plocha vzorku se při stlačení liší. Ve skutečnosti je tedy plocha určitou funkcí aplikovaného zatížení, tj. A = f (F). Ve skutečnosti je napětí definováno jako síla dělená plochou na začátku experimentu. Toto je známé jako inženýrské napětí a je definováno,
A0= Původní plocha vzorku [m2]
Odpovídajícím způsobem inženýrství kmen bude definováno:
whereel = aktuální délka vzorku [m] al0 = délka původního vzorku [m]
Pevnost v tlaku by tedy odpovídala bodu na konstrukci křivka napětí-deformace definován
kdeF* = zatížení působící těsně před drcením a l* = délka vzorku těsně před drcením.
Odchylka technického napětí od skutečného napětí

V praxi inženýrského designu se profesionálové většinou spoléhají na inženýrský stres. Ve skutečnosti skutečný stres se liší od technického stresu. Proto výpočet pevnosti v tlaku materiálu z daných rovnic nepřinese přesný výsledek.[je zapotřebí objasnění ] Je to proto, že průřezová plocha A0 se mění a jedná se o nějakou funkci zátěže A = φ (F).
Rozdíl v hodnotách lze tedy shrnout takto:
- Po stlačení se vzorek zkrátí. Materiál bude mít tendenci se šířit v bočním směru, a tím zvětšovat průřez plocha.
- Při tlakové zkoušce je vzorek sevřen na okrajích.[pochybný ] Z tohoto důvodu vzniká třecí síla, která bude proti bočnímu šíření. To znamená, že je třeba pracovat proti této třecí síle a tím ke zvýšení energie spotřebované během procesu. To má za následek mírně nepřesnou hodnotu napětí získanou z experimentu.[Citace je zapotřebí ] Třecí síla není konstantní pro celý průřez vzorku. Liší se od minima ve středu, od svorek, po maximum na okrajích, kde je upnut. Z tohoto důvodu vznikl jev známý jako barling nastane, když vzorek dosáhne tvaru sudu. c
Porovnání pevnosti v tlaku a v tahu
Beton a keramika mají obvykle mnohem vyšší pevnost v tlaku než v tahu. Kompozitní materiály, jako je kompozit ze skelných epoxidových matric, mají obvykle vyšší pevnost v tahu než pevnost v tlaku. Kovy se obtížně testují na selhání v tahu vs. komprese. Při kompresi kovy selhávají při boulení / rozpadání / střihu 45 stupňů, což je mnohem jiné (i když vyšší napětí) než napětí, které selhává v důsledku vad nebo zúžení dolů.
Režimy tlakové poruchy
Pokud je poměr délky k efektivnímu poloměru materiálu zatíženého v tlaku (Poměr štíhlosti ) je příliš vysoká, je pravděpodobné, že materiál selže vzpěr. V opačném případě, pokud je materiál tvárný, obvykle dochází k výtěžku, který vykazuje výše popsaný barrelovací účinek. Křehký materiál v tlaku obvykle selže axiálním rozdělením, smykovým lomem nebo tvárným porušením v závislosti na úrovni omezení ve směru kolmém ke směru zatížení. Pokud neexistuje žádné omezení (také se nazývá omezující tlak), je pravděpodobné, že křehký materiál selže osovým pliváním. Mírný omezující tlak má často za následek smykový lom, zatímco vysoký omezující tlak často vede k tvárnému selhání, dokonce i u křehkých materiálů.[3]
Typické hodnoty
Materiál | Rs [MPa ] |
Porcelán | 500 |
Kost | 150 |
beton | 20-80 |
Led (0 ° C) | 3[4] |
Polystyren | ~1 |
Pevnost betonu v tlaku
Pro konstruktéry je pevnost v tlaku jednou z nejdůležitějších technických vlastností beton. Je běžnou průmyslovou praxí, že se beton klasifikuje na základě jakostí. Tento stupeň není nic jiného než pevnost v tlaku betonové kostky nebo válce. Cube nebo Cylinder vzorky se obvykle testují v kompresním testovacím stroji, aby se získala pevnost betonu v tlaku. Požadavky na zkoušku se v jednotlivých zemích liší podle konstrukčního kódu. Podle indických kódů je pevnost betonu v tlaku definována jako
The pevnost betonu v tlaku je uveden ve smyslu charakteristická pevnost v tlaku kostek o velikosti 150 mm testovaných po 28 dnech (fck). V terénu se zkoušky pevnosti v tlaku také provádějí v přechodném období, tj. Po 7 dnech, aby se ověřila očekávaná pevnost v tlaku očekávaná po 28 dnech. Totéž se děje, aby bylo předem upozorněno na událost selhání a byla přijata nezbytná opatření. The charakteristická síla je definován jako síla z beton pod kterou se očekává pokles ne více než 5% výsledků zkoušky.[5]
Pro účely návrhu je tato hodnota pevnosti v tlaku omezena dělením s faktorem bezpečnosti, jehož hodnota závisí na použité konstrukční filozofii.
Viz také
- Buff síla
- Zkouška komprese kontejneru
- Crashworthiness
- Deformace (strojírenství)
- Schmidt kladivo, pro měření pevnosti v tlaku materiálů
- Zkouška tlakovým namáháním rovinou
Reference
- ^ Urbanek, T; Lee, Johnson. „Pevnost v tlaku na sloupec trubicových obalových forem vyrobených z papíru“ (PDF). 34, 6. Journal of Testing and Evaluation: 31–40. Citováno 13. května 2014. Citovat deník vyžaduje
| deník =
(Pomoc) - ^ Ritter, mA; Oliva (1990), „9, Návrh podélných nátěrů s laminovanou palubou“ (PDF), Dřevěné mosty: návrh, konstrukce, kontrola a údržba, US Department of Agriculture, Forest Products Laboratory (publikováno 2010), vyvoláno 13. května 2014
- ^ Fischer-Cripps, Anthony C. (2007). Úvod do kontaktní mechaniky (2. vyd.). New York: Springer. str. 156. ISBN 978-0-387-68188-7. OCLC 187014877.
- ^ Kermani, Majid; Farzaneh, Masoud; Gagnon, Robert (01.09.2007). "Síla tlaku atmosférického ledu". Věda a technika studených regionů. 49 (3): 195–205. doi:10.1016 / j.coldregions.2007.05.003. ISSN 0165-232X.
- ^ „Pevnost v tlaku betonu a betonových kostek | Co | Jak | CivilDigital |“. 2016-07-07. Citováno 2016-09-20.