Compressietest hoe het wordt gedaan, eigenschappen, voorbeelden

4301
Charles McCarthy

De druktest is een experiment dat wordt uitgevoerd door geleidelijk een materiaalmonster samen te drukken, bijvoorbeeld beton, hout of steen, bekend als reageerbuis en het observeren van de vervorming die wordt veroorzaakt door de toegepaste drukspanning of belasting.

Een drukspanning wordt geproduceerd door twee krachten die op de uiteinden van een lichaam worden uitgeoefend om de lengte ervan te verminderen bij het samenpersen..

Figuur 1. Compressiespanning. Bron: Wikimedia Commons. Adre-es / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Tegelijkertijd wordt het dwarsdoorsnedegebied breder, zoals te zien is in figuur 1. Naarmate er steeds grotere spanningen worden uitgeoefend, worden de mechanische eigenschappen van het materiaal duidelijk..

Artikel index

  • 1 Hoe wordt drukspanning toegepast?
  • 2 Eigenschappen en gegevens verkregen
    • 2.1 Betrouwbare resultaten
    • 2.2 Spanning-rekcurve
  • 3 Voorbeelden van begripsinspanningen
    • 3.1 Beton
    • 3.2 Grijs gietijzer
  • 4 referenties

Hoe wordt drukspanning toegepast?

Om de drukspanning toe te passen, wordt het monster, bij voorkeur in de vorm van een cilinder met cirkelvormige doorsnede, in een machine geplaatst, bekend als universele testmachine, die het monster progressief comprimeert in eerder vastgestelde drukstappen.

De punten van de spanningskromme (in newton / mtwee) versus de rek ε worden in een grafiek weergegeven zoals ze worden gegenereerd. De spanning is de verhouding tussen de uitgeoefende kracht en het dwarsdoorsnedegebied, terwijl de rek het quotiënt is tussen de verkorting ΔL en de oorspronkelijke lengte van het monster Lof

ε = ΔL / Lof

Uit de analyse van de grafiek worden de mechanische eigenschappen van het materiaal onder compressie afgeleid.

Naarmate het experiment vordert, wordt het monster korter en breder, zoals te zien is in figuur 1, of het verdraait of buigt ook, afhankelijk van de aanvankelijke lengte van het monster. Het experiment eindigt wanneer er een storing of breuk in het monster optreedt.

Figuur 2. Compressietest op een betonnen exemplaar. Bron: Wikimedia Commons.

Eigenschappen en gegevens verkregen

Uit de compressietest worden de mechanische eigenschappen van het materiaal verkregen vóór compressie, bijvoorbeeld de elasticiteitsmodulus en de druksterkte, erg belangrijk in de materialen die in de constructie worden gebruikt.

Als het te testen materiaal broos is, zal het uiteindelijk breken, zodat de uiteindelijke sterkte gemakkelijk gevonden kan worden. In dit geval worden de kritische belasting, het type defect dat door het materiaal wordt gepresenteerd en de vorm van de breuk genoteerd..

Maar als het materiaal niet bros maar taai is, zal deze ultieme weerstand niet gemakkelijk manifesteren, dus de test wordt niet voor onbepaalde tijd verlengd, aangezien naarmate de spanning toeneemt, de toestand van de interne spanning van het monster gelijkmatig wordt. Op dat moment is de geldigheid van de test verloren.

Betrouwbare resultaten

Om de resultaten betrouwbaar te maken, is het noodzakelijk dat de interne vezels van het materiaal parallel blijven, maar de interne wrijving zorgt ervoor dat de vezels buigen en dat de spanning homogeen is.

Het eerste dat u moet doen, is de oorspronkelijke grootte van het monster overwegen voordat u met de test begint. De kortere reageerbuizen, genaamd compressiemonster, hebben de neiging om de vorm van een vat aan te nemen, terwijl de langere reageerbuizen kolomspecimens, ze puilen uit.

Er is een criterium dat bekend staat als reden voor slankheid, dat is het quotiënt tussen de oorspronkelijke lengte Lof en de traagheidsstraal Rg

r = Lof / Rg

Draai Rg = √ (I / A) Waar I het traagheidsmoment is en A het dwarsdoorsnedegebied.

Als de slankheidsverhouding kleiner is dan 40, werkt het als een compressiepreparaat en als het groter is dan 60, werkt het als een kolom. Tussen 40 en 60 zou het monster een tussenliggend gedrag hebben dat beter vermeden moet worden, door te werken met verhoudingen van minder dan 40 of groter dan 60.

Spanning-rekcurve

De compressietest is analoog aan de trek- of trektest, alleen in plaats van het preparaat uit te rekken om te scheuren, wordt deze keer de druksterkte getest..

Het gedrag van het materiaal neigt te verschillen in compressie en spanning, en een ander belangrijk verschil is dat de krachten bij de druktest groter zijn dan bij de trekproef..

Figuur 3. Trek- of trekspanning en drukspanning. Bron: F. Zapata.

Bij een compressietest, bijvoorbeeld van een aluminiummonster, stijgt de spanning-rekcurve, terwijl deze bij de trekproef stijgt en vervolgens daalt. Elk materiaal heeft zijn eigen gedragscurve.

Figuur 4. Curve van de druktest voor aluminium (links) en die van de bijbehorende trektest (rechts). Het monster breekt op punt 4. Bron: F. Zapata / Wikimedia Commons

Bij compressie wordt de spanning volgens afspraak als negatief beschouwd, evenals de geproduceerde vervorming, wat het verschil is tussen de uiteindelijke en initiële lengte. Om deze reden zou een spanning-rekcurve zich in het derde kwadrant van het vlak bevinden, maar de grafiek wordt zonder problemen naar het eerste kwadrant gebracht.

Over het algemeen zijn er twee goed gedifferentieerde zones: de elastische vervormingszone en de plastische vervormingszone..

Figuur 5. Compressietestcurve voor een ductiel materiaal. Bron: Beer, F. Mechanica van materialen.

Elastische vervorming

Het is het lineaire gebied van de figuur, waarin de spanning en rek evenredig zijn, de evenredigheidsconstante is elasticiteitsmodulus van het materiaal, aangeduid als Y:

σ = Y. ε

Omdat ε de stam ΔL / L isof, heeft geen afmetingen en de eenheden van Y zijn dezelfde als die van inspanning.

Wanneer het materiaal in deze zone werkt en de lading wordt verwijderd, keren de afmetingen van het monster terug naar de oorspronkelijke.

Plastische vervorming

Het omvat het niet-lineaire deel van de curve in figuur 5, hoewel de belasting is verwijderd, krijgt het monster zijn oorspronkelijke afmetingen niet terug en wordt het permanent vervormd. In het plastische gedrag van het materiaal worden twee belangrijke regio's onderscheiden:

-Opbrengst: de vervorming neemt toe zonder de toegepaste belasting te verhogen.

-Vervorming: als de belasting blijft toenemen, scheurt het monster uiteindelijk.

Voorbeelden van begripsinspanningen

Beton

De figuur toont de respons van beton in een druktest (derde kwadrant) en in een trekproef (eerste kwadrant). Het is een materiaal met een compressiereactie die verschilt van die van spanning..

Het bereik van de lineaire elastische respons van beton op compressie is groter dan op spanning, en uit de verlenging van de curve blijkt dat het beton veel beter bestand is tegen compressie. De breukwaarde van beton vóór compressie is 20 × 10N / mtwee.

Figuur 6. Druk- en trekproefcurve voor beton De numerieke waarden zijn afhankelijk van het aandeel van het mengsel. Bron: bier, F. Mechanica van materialen.

Om deze reden is beton geschikt voor het bouwen van verticale kolommen die druk moeten kunnen weerstaan, maar niet voor balken. Beton kan worden versterkt door stalen staven of metalen gaas dat onder spanning wordt gehouden terwijl het beton droogt.

Grijs gietijzer

Het is een ander materiaal met een goed compressiegedrag (AC-curve in het derde kwadrant), maar kwetsbaar onder spanning (AB-curve in het eerste kwadrant)..

Figuur 7. Compressie- en trekproefcurve voor grijs gietijzer. Bron: Hibbeler, R. Mechanica van materialen.

Referenties

  1. Beer, F. 2010. Mechanica van materialen. McGraw Hill. 5e. Editie.
  2. Cavazos, J.L. Materiaalmechanica. Hersteld van: youtube.com.
  3. Giancoli, D. 2006. Natuurkunde: principes met toepassingen. 6e. Ed Prentice Hall.
  4. Hibbeler, R. 2011. Mechanica van materialen. 8e editie. Pearson.
  5. Valera Negrete, J. 2005. Opmerkingen over algemene fysica. UNAM.

Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.