какие материалы испытывают на сжатие

Какие материалы испытывают на сжатие

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp И спытание на сжатие заключается в деформировании образца в условиях однородного и одноосного напряженного состояния до разрушения или достижения определенного значения деформации.

Д ля испытаний на сжатие используются, как правило, короткие образцы с отношением высоты к диаметру в пределах 1:3. Применение высоких образцов невозможно, так как такие образцы будут изгибаться. Образцы изготавливаются с соблюдением жестких допусков на перпендикулярность его оси к торцам. Торцы образца тщательно шлифуются. Форма и размеры образца регламентируются ГОСТ 25.503-97.

П ри испытании на сжатие предъявляются высокие требования к центрированию образца и отсутствию взаимного перекоса нажимных плит, передающих силу на образец.

П ри испытании на сжатие образец стандартной формы и размеров из исследуемого материала помещается в испытательную машину и подвергается непрерывному плавному деформированию до заданного значения деформации или до разрушения.

&nbsp В процессе нагружения образца сжимающими силами его высота уменьшается, а диаметр увеличивается, причем по высоте образца его диаметр увеличивается неравномерно.

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbspВ процессе испытания на сжатие регистрируется зависимость между сжимающей силой F и укорочением расчетной высоты h₀ образца в виде диаграммы сжатия образца. Диаграмма сжатия образца позволяет оценить поведение материала образца в упругой и упруго-пластической стадиях деформирования и определить характеристики механических свойств материала. Методики определения механических характеристик материала приведены в соответствующем разделе.

Порядок проведения испытаний

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbspА втоматизированный испытательный комплекс на базе КСИМ-40 позволяет программирование сценариев испытания образцов на сжатие, формируемых удаленным пользователем. Эти сценарии могут включать много этапов, условия нагружения образца на которых различаются.

О днако Вы можете провести испытания, включающие и другие этапы нагружения/разгружения, если это обусловлено Вашим индивидуальным заданием.

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp К ак осуществить программирование эксперимента с помощью предложенного Вам интерфейса пульта управления, Вы узнаете, перейдя к практической части работы.

Источник

Испытания на сжатие оборудования: методика и условия проведения

Для того, чтобы выявить технические свойства продукта при сжимающих нагрузках в испытательном центре Кипсал проводится исследование на сжатие оборудования.

Материалы, которые обычно подлежат тестированию:

Испытания на сжатие оборудования значительно отличаются от испытаний на растягивание. При тестировании на сжатие:

Методология испытания на сжатие оборудования

Чтобы определить прочность оборудования необходимо измерить минимальные усилия, разрушающие контрольные образцы при их статическом нагружении и постоянной скоростью роста нагрузки. После исследования на сжатие проводятся вычисления напряжении в подобных условиях, а также предположении упругости испытываемого материала. Для достоверности данных образцы оборудования испытываются сериями.

Порядок проведения испытания

Образцы материалов замеряют и по очереди устанавливают между опорными плитами сжимающего оборудования. После установки и закрепления объект подвергается статическим нагрузкам, которые фиксируются в виде данных на диаграммном аппарате. Запись диаграммы производится по показаниям контрольной стрелки шкалы соизмерения. В данных отображаются максимальные нагрузки на оборудование.

Исходя из полученных данных исследователи определяют максимальную нагрузку и разрушающую нагрузку испытываемого образца. Полученные сведения корректируются с учетом показателей стрелки силоизмерителя. В дальнейшем определяются характерные значения напряжения для материала и заносятся в журнал исследования.

Источник

iSopromat.ru

Испытание на сжатие образцов из различных материалов: стали, чугуна, бетона со смазкой торцов и без и древесины вдоль и поперек волокон.

Цель работы – изучить поведение различных материалов и определить их механические характеристики при статическом сжатии.

Основные сведения

Испытания материалов на сжатие проводят на специальных прессах или универсальных испытательных машинах по специальным методикам: для стали и чугуна используется ГОСТ 25.503-80, бетона — ГОСТ 10.180-90, древесины поперек волокон ГОСТ 16483.11-72, древесины вдоль волокон ГОСТ 16483.10-73.

Параметры образцов, видео и результаты испытаний на сжатие:

Разрушение чугунного образца происходит внезапно при незначительных остаточных деформациях. Разрушению предшествует образование трещин, расположенных приблизительно под углом 45° к образующим боковой поверхности образца, т.е. по линиям действия максимальных касательных напряжений (рис. 2.2,б).

Характер разрушения образцов из бетона (цементного раствора, камня) показан на рис. 2.2,в – при наличии сил трения между плитами машины и торцами образца. Разрушение происходит путем выкрашивания материала у боковых поверхностей в средней части образца. Трещины образуются под углом 45° к линии действия нагрузки.

При снижении сил трения за счет нанесения слоя парафина на опорные поверхности образца разрушение происходит в виде продольных трещин, материал расслаивается по линиям, параллельным действию сжимающей силы, и сопротивление материала уменьшается (рис. 2.2, г).

Диаграмма сжатия бетона показана на рис. 2.1, кривая 3. Из диаграммы видно, что рост нагрузки сопровождается упругими деформациями вплоть до разрушения, что вообще характерно для хрупких материалов.

Особым своеобразием отличается сопротивление сжатию древесины как материала анизотропного и обладающего волокнистой структурой. При сжатии, как и при растяжении, древесина обладает различной прочностью в зависимости от направления сжимавшей силы по отношению к направлению волокон.

На рис. 2.1 изображены диаграммы сжатия образцов из древесины одной породы. Кривая 4 иллюстрирует сжатие образца вдоль волокон, а кривая 5 — поперек волокон. При сжатии вдоль волокон древесина значительно (в 8-10 раз) прочнее, чем при сжатии поперек волокон.

При сжатии вдоль волокон образец разрушается вследствие сдвига одной части относительно другой (рис. 2.2, д), а при сжатии поперек волокон древесина склонна к прессованию и не всегда удается определить момент начала разрушения (рис. 2.2, е).

Порядок выполнения и обработка результатов

Предложенные для испытания образцы замеряют и, поочередно устанавливая их между опорными плитами машины УММ-20, подвергают статическим нагружениям, в процессе которых на диаграммном аппарате производится запись диаграмм сжатия соответствующих материалов. По контрольной стрелке шкалы силоизмерителя фиксируются максимальные нагрузки для каждого из образцов.

По полученным диаграммам сжатия определяют максимальную нагрузку сжатия стального образца и разрушающие нагрузки для других образцов, корректируя их значения с показателями стрелки силоизмерителя, записывают показания в журнал испытаний. Далее определяют характерные значения напряжений и производят записи в журнал испытаний.

Необходимо сделать зарисовку разрушенных образцов и описать характер их разрушения. Дать сравнительную характеристику работы испытанных материалов.

Контрольные вопросы

Уважаемые студенты!
На нашем сайте можно получить помощь по техническим и другим предметам:
✔ Решение задач и контрольных
✔ Выполнение учебных работ
✔ Помощь на экзаменах

Источник

Испытание на сжатие образцов из различных материа­лов

В методических указаниях к выполнению лабораторной ра­боты № 2 «Испытание на сжатие образцов из различных материа­лов» указывается цель работы, приводятся характеристики испытуемых образцов и дается методика проведения испытаний. Для лучшего усвоения материала по теме «Растяжение-сжатие» приводятся основные теоретические положения, позволяющие ква­лифицированно провести испытания и проанализировать получен­ные результаты.

Изучить свойства и характер поведения пластичных и хруп­ких, изотропных и анизотропных материалов при испытаниях на сжатие.

3. ОБОРУДОВАНИЕ, ПРИБОРЫ И ИНСТРУМЕНТЫ

Испытательная машина – УММ-5. Штангенциркуль.

4. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБРАЗЦОВ

Исходя из поставленной цели нужно испытать на сжатие об­разцы из следующих материалов:

1) малоуглеродистая сталь, медь, алюминий и др. – пластич­ные изотропные материалы;

Образцы из анизотропного материала следует испытывать в двух или трех направлениях ( в зависимости от характера анизо­тропии ). Образцы для испытания на сжатие изготавливаются:

а) в виде круглых цилиндриков ( рис. 1а) – из металлов и их сплавов;

б) в виде кубиков ( рис. 16 ) – из древесины, кирпича, бетона и других аналогичных материалов.

5. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Пластичные материалы на растяжение и на сжатие работают примерно одинаково и основным видом испытания для них являет­ся испытание на растяжение, а испытание на сжатие носит вспомо­гательный характер.

Хрупкие материалы (чугун, кирпич, раствор, бетон и др.) на сжатче работают значительно лучше, чем на растяжение (к примеру у бетона предел прочности на сжатие раз в 10 больше преде­ла прочности на растяжение). В силу чего хрупкие материалы применяются в основном в сжатых элементах конструкций, по­этому основным видом испытаний хрупких материалов является испытание на сжатие.

Результаты испытаний на сжатие зависят от условий прове­дения эксперимента. Практически очень трудно добиться прило­жения сжимающей силы точно по оси образца. Поэтому образец будет не только сжиматься, но и изгибаться. Чем длиннее образец, тем больше влияние изгиба (попробуйте сжать длинный и тонкий прутик). Для уменьшения влияния изгиба рекомендуется приме­нять образцы, длина которых не более чем в два раза превышает их поперечные размеры. Применение слишком коротких образцов тоже нежелательно. При сжатии образца продольные размеры уменьшаются, а поперечные увеличиваются (по закону Пуассона). Вследствие трения между торцами образца и опорными плитами машины увеличение поперечных размеров на середине и по краям образца неодинаковы ( по краям меньше ) и образец принимает бочкообразную форму, что у образцов из пластичных материалов видно невооруженным глазом. Появление сил трения изменяет вид напряженного состояния и увеличивает сопротивление образца. Чем короче образец, тем сильнее влияние сил трения. Поэтому рекомендуется применять образцы, длина которых не меньше по­перечных размеров. Уменьшить трение можно обработкой торцов парафином или графитовой смазкой. При центральном сжатии образца в его поперечных сечениях возникают нормальные на­пряжения, которые определяются также, как и при растяжении: а = Р / ро, где: ро – первоначальная площадь поперечного сечения образца.

При испытаниях на сжатие получают диаграмму сжатия в координатах Р – ДС и определяют ‘обычно две механические харак­теристики материала:

Ι) предел пропорциональности (апц= Рпц / F0) – для пластичных материалов; 2) предел прочности (σΒ= Рв / FO) – для хрупких материалов,

5.1. Испытание образцов из пластичных материалов ( малоуглеродистая сталь )

Типичная диаграмма сжатия образцов из малоуглеродистой стали показана на рис.2.

Так как разрушить образец из пластичного материала не­возможно, испытание прекращают при достижении нагрузки, близ­кой предельной для машины. Таким образом, величина предела прочности при сжатии образцов из пластичного материала не мо­жет быть определена.

5.2. Испытание образцов из хрупких материалов ( чугун )

Типичная диаграмма сжатия чугунных образцов показана на рис.3.

Рис.3. Типичная диаграмма сжатия чугунного образца

От начала координат диаграмма не имеет отчетливо выраженного прямолинейного участка. С ростом нагрузки кривизна диаграммы сначала постепенно, а затем более интенсивно увеличивается и при достижении нагрузки Рв начинается разрушение образца с после­дующим падением нагрузки.

Чугунный образец, укорачиваясь под действиям сжимающих сил, принимает слегка бочкообразную форму, что свидетельствует о наличии небольших пластических деформаций. Разрушение об­разца происходит по плоскости, наклоненной примерно под углом 45 градусов к оси стержня. Объясняется это тем, что на этих пло­щадках действуют максимальные касательные напряжения, яв­ляющиеся причиной разрушения образцов из хрупких материалов при испытании их на сжатие.

5.3. Испытание образцов из древесины

Древесина является анизотропным материалом. В древесине выделяют три направления анизотропии: продольное (вдоль воло­кон), радиальное (по радиусу ствола) и тангенциальное (по каса­тельной к годовым слоям).

В двух последних направлениях (в отличие от первого) уп­ругие и механические характеристики древесины незначительно различаются между собой. Поэтому на практике эти два направле­ния нивелируют и обобщающее направление называют попереч­ным (поперек волокон).

Форма образцов и направление их нагружения сжимающей нагрузкой показаны на рис.4.

, Типичные диаграммы сжатия образцов из древесины пока­заны на рис.5, (вдоль волокон – кривая а, поперек волокон – кривая б).

Рис.5. Типичные диаграммы сжатия образцов из древесины: а – вдоль волокон, б – поперек волокон

При сжатии древесины вдоль волокон на диаграмме (рис.5, кривая а) с начала имеется слегка искривленный участок с боль шим уг­лом наклона к оси ΔΙ, что соответствует сравнительно большему значению модуля упругости.

После достижения нагрузкой наибольшего значения (Рв) на­чинается разрушение образца с последующим падением нагрузки. Обычно разрушение образца происходит с образованием попереч­ных складок и обмятием торцов. Нередко вместе с этим наблюдает­ся и образование продольных трещин. По данным опыта определяется максимальная нагрузка (Рв), соответствующая преде­лу прочности. Нагрузку, соответствующую пределу пропорцио­нальности установить на диаграмме обычно не удается.

При сжатии поперек волокон диаграмма имеет другой ха­рактер (рис.5, кривая б). Сначала диаграмма идет по наклонной прямой до нагрузки Рпц, соответствующей пределу пропорциональ­ности. При этом угол наклона этой прямой значительно меньше, чем при сжатии вдоль волокон, что соответствует значительно меньшей величине модуля упругости. После предела пропорцио­нальности перо самописца прочерчивает слабо изогнутую кривую (иногда волнистую) почти параллельную оси Δ£. Кубик быстро де­формируется почти без увеличения нагрузки, однако разрушение кубика обычно не наблюдается: он лишь спрессовывается. Испыта­ние заканчивают, когда величина деформации Δ£ достигает 1/3 первоначальной высоты образца. Нагрузка в этот момент условно считается разрушающей, хотя при дальнейшем нагружении за счет – спрессовывания древесины нагрузка будет расти несколько быстрее и станет выше условного значения Рв.

6. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ

1. Перед испытанием студентам необходимо ознакомиться с уст­ройством машины УММ-5 ( первое занятие и лабораторная ра­бота N 1) и правилами поведения в лаборатории при проведении испытаний (вводный инструктаж).

2. Измеряют штангенциркулем характерные линейные размеры испытуемых образцов.

7. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЯ

Определяют первоначальные площади поперечных сечений образцов по формулам: FO = π · d / 4 – для цилиндрических об­разцов JH Fg = а ι ·_ а 2 – для кубиков.

При испытании были зафиксированы по сйлЬйзмерйтелк^^разру-шающие нагрузки Рв или нагрузки, при которых испытания были остановлены (образцы из пластичных материалов и из древесины при сжатии поперек волокон). По одной из этих нагрузок опреде­ляют масштаб сил, а через него определяют для образца из пла­стичного материала и для образца из древесины при сжатии поперек волокон нагрузку соответствующую пределу пропорцио­нальности Рпц. Затем для образцов из пластичных материалов и древесины при сжатии поперек волокон определяют предел про­порциональности (σΠΙΙ= Рпц / FQ), а для образцов из хрупких материалов и древесины при сжатии вдоль волокон – предел прочности (σΒ= Рв / FO).

На основании полученных результатов испытаний нужно дать сравнительную оценку поведения при сжатии образцов из различных материалов (хрупких и пластичных, древесины вдоль и поперек волокон), а также сравнить прочность различных мате­риалов (древесины вдоль и поперек волокон) при работе их на сжатие. Следует обратить внимание на невозможность определе­ния предела прочности при сжатии образцов из мягкой стали и древесины при сжатии поперек волокон.

Источник

Испытание на сжатие пластичных и хрупких материалов

1. Ознакомление с методикой проведения испытания на сжатие.

2. Изучение поведения различных материалов при сжатии.

3. Определение механических характеристик пластичных и хрупких, изотропных и анизотропных материалов при центральном сжатии.

Рис.1. Вид образцов для испытания на сжатие.

В процессе испытания образцы из различных конструкционных материалов закладываются по центру между плитами испытательного пресса (для обеспечения центрального сжатия) и постепенно медленным возрастанием нагрузки доводятся до разрушения, при этом фиксируется соответствующая разрушающая сила.

При центральном сжатии образцов в их поперечных сечениях возникают только нормальные силы F и на­пряжения σ, которые определяются так же, как и при растяжении:

σ = ,

При сжатии цилиндрического стержня из низкоуглеродистой стали (пластичный материал) Рис.2, образец ведет себе так же, как при растяжении, т.е. диаграмма сжатия стального образца (Рис.3) аналогична диаграмме его растяжения. Наличие прямолинейного участка диаграммы-участка упругости, свидетельствует о справедливости Закона Гука:

σ = E ε.

Величины предела пропорциональности, предела текучести и

Рис.3. Типичная диаграмма сжатия образцов из низкоуглеродистой стали.

Напряжения, аналогичного пределу прочности при растяжении, в этом опыте получить нельзя, а поэтому приходится ограничиваться определением условного предела прочностиσ _усл – напряжения, при котором цилиндрическая форма образца переходит в явно выраженную бочкообразную:

σ_усл= ,

где F_б — сила, при которой обнаруживается бочкообразная форма образца,

Пластичные материалы на растяжение и на сжатие работают примерно одинаково и основным видом испытания для них являет­ся испытание на растяжение, а испытание на сжатие носит вспомо­гательный характер.

Хрупкие материалы (чугун, бетон, кирпич и др.) лучше сопротивляются сжатию, чем растяжению и поэтому они применяются для изготовления материалов, работающих на сжатие (к примеру, у бетона предел прочности на сжатие раз в 10 больше преде­ла прочности на растяжение). Поэтому для их расчета на прочность необходимо знать механические характеристики, получаемые при испытании на сжатие.

При разрушении чугунного цилиндрического образца на диаграмме сжатия (Рис.4) почти отсутствует прямолинейный участок, т.е. закон Гука выполняется лишь приближенно в начальной стадии нагружения.

Рис.4. Типичная диаграмма сжатия образцов из чугуна.

Разрушение происходит внезапно при максимальной нагрузке F_мах с появлением ряда наклонных трещин, расположенных приблизительно под углом 45 о к образующим боковой поверхности образца, т.е. по линиям действия максимальных касательных напряжений (Рис.5). Предел прочности при сжатии определяется по зависимости

σ_проч = .

Предел прочности чугуна на сжатие превышает предел прочности на растяжение в 4-5 раз и предел прочности на изгиб в 2 раза..

При сжатии образцов из дерева или из стеклопластика получаются резко различные результаты в зависимости от направления сжатия по отношению к волокнам материала. Такие материалы называют анизотропными.

Анизотропия (от греч. ánisos — неравный и tróроs — направление), зависимость физических свойств вещества (механических, тепловых, электрических, магнитных, оптических) от направления (в противоположность изотропии — независимости свойств от направления).

Кроме того, прочностные свойства древесины зависят от других факторов: сорта дерева, его возраста, от расстояния до сердцевины дерева, влажности, температуры и пр.

При сжатии, например, дерева вдоль волокон предел прочности в 5–10 раз больше, чем при сжатии поперек волокон.

Образец из дерева, испытываемый на сжатие вдоль волокон, до разрушения накапливает сравнительно небольшие деформации. После достижения нагрузкой наибольшего значения F_макс начинается разрушение образца, сопровождаемое падением нагрузки (рис. 6 а).

При сжатии дерева поперек волокон сначала нагрузка возрастает, достигая величины, соответствующей пределу пропорциональности, затем образец начинает быстро деформироваться почти без увеличения нагрузки. В дальнейшем за счет сильного уплотнения материала нагрузка начинает расти. Условно считают разрушающей ту нагрузку F_макс, при которой образец сжимается примерно на 1/3 своей первоначальной высоты h₀ (рис.6 б).

Предел прочности в обоих случаях (Рис.7) вычисляют по формуле:

σ_проч = .

Хрупкие материалы при сжатии, так же как и при растяжении, разрушаются при весьма малых деформациях.

Образцы, например, из бетона при разрушении от сжатия распадаются обычно на куски, представляющие собой усеченные пирамиды, соединенные меньшими основаниями, что также объясняется влиянием трения между плитами машины и основаниями образцов (рис. 8).

Если ослабить это трение, например, смазывая парафином торцы образца, то характер разрушения бетона будет другой: образец будет разделяться на части трещинами, параллельными линии действия сжимающей силы. Разрушающая нагрузка для такого образца будет меньше, чем для образца, испытанного обычным путем, без смазки.

Величины усилий, показанные силоизмерителями при разрушении различных образцов, и размеры образцов заносятся в таблицу.

По полученным разрушающим силам – истинным или условным – вычисляются напряжения.

В тетради работ строятся диаграммы испытания на сжатие в координатах «нагрузка – абсолютная деформация» и делаются зарисовки образцов до и после разрушения.

При расчете конструкций необходимо учитывать особенности сопротивления растяжению и сжатию пластичных и хрупких материалов.

Источник