Stres ściskający: 5 ważnych faktów

Co to jest siła ściskająca?

Właściwości materiału przy rozciąganiu i ściskaniu reprezentują obciążenia osiowe wzdłuż prostopadłych osi. Obciążenia rozciągane na granicach systemu określane są jako obciążenia rozciągające, natomiast obciążenia ściskane na granicach systemu jako obciążenia ściskające.

Siła przyłożona z zewnątrz do ciała deformuje ciało w taki sposób, że ciało zmniejsza swoją objętość, a długość nazywana jest naprężeniem ściskającym.

Jest to przywrócone odkształcenie ciała po przyłożeniu do zewnętrznego obciążenia ściskającego. Wzrost naprężenia ściskającego w smukłych, długich cylindrach ma tendencję do niszczenia strukturalnego z powodu wyboczenia słupów. Kiedy materiał nie wytrzymuje ściskania, następuje wyboczenie naprężeniowe.

Formuła na naprężenia ściskające:

Połączenia normalna siła stosuje się do powierzchni jednostki.

Gdzie,

Siła ściskająca (F): siła ściskająca to obciążenie wymagane do ściśnięcia materiału w celu połączenia materiału.

Jednostka naprężenia ściskającego:

Jednostka SI tego jest taka sama, jak jednostka siły działająca na powierzchnię.

Tak więc jest reprezentowany jako N / m² or Pa.

Wymiar naprężenia ściskającego:

Wymiar naprężenia ściskającego to [ML^-1T^-2].

Czy naprężenie ściskające jest dodatnie czy ujemne?

Odpowiedź: naprężenie ściskające jest ujemne, ponieważ jest ściskane, ponieważ zmiana wymiaru (dL) ma przeciwny kierunek.

Czy granica plastyczności i wytrzymałość na ściskanie są takie same?

Odpowiedź: Nie, poddawanie się rozciąganiu i ściskaniu to nie to samo. Wartość zmieni się zgodnie z zastosowaniem.

Wytrzymałość na ściskanie:

Jest to zdolność materiału do wytrzymywania ściskania występującego w wyniku naprężenia ściskającego. Istnieją materiały, które mogą wytrzymać jedyne naprężenie, niektóre materiały mogą wytrzymać jedyne ściskanie, a są też materiały, które mogą wytrzymać zarówno rozciąganie, jak i ściskanie. Ostateczna wytrzymałość na ściskanie to wartość uzyskana, gdy materiał przechodzi przez jego całkowite zniszczenie. Próbę ściskania przeprowadza się tak samo, jak próbę rozciągania. Jedyną różnicą jest to, że zastosowane obciążenie jest obciążeniem ściskającym.

Wytrzymałość na ściskanie jest wyższa w skałach i betonie.

Naprężenie ściskające stali miękkiej | Stal niskowęglowa:

Materiał, który podlega dużym naprężeniom przed zniszczeniem, to materiały ciągliwe, takie jak łagodne stal, aluminium i jego stopy. Materiały kruche, gdy ulegają naprężeniom ściskającym, występują pęknięcia w wyniku nagłego uwolnienia zmagazynowanej energii. Natomiast gdy materiał ciągliwy zostanie poddany naprężeniu ściskającemu, materiał ulegnie ściśnięciu, a odkształcenie nastąpi bez żadnych uszkodzeń.

Naprężenie ściskające i rozciągające | Naprężenie ściskające a naprężenie rozciągające

	Naprężenie ściskające	Naprężenie rozciągające
Wyniki z	Konsekwencje naprężenia ściskającego w wyniku ściskania materiału.	Wyniki naprężeń rozciągających przy rozciąganiu materiału
Pchać lub ciągnąć	Natomiast naprężenie ściskające to nacisk wywierany na ciało przez siły zewnętrzne w celu zmiany jego kształtu i rozmiaru.	Naprężenie rozciągające to siła naciągu wywierana na ciało przez siły zewnętrzne w celu zmiany jego kształtu i rozmiaru.
Kompresja lub wydłużenie	Naprężenie ściskające jest generowane przez zewnętrzną siłę ściskającą	Naprężenie rozciągające jest generowane z powodu siły rozciągającej, która zamierza się rozciągnąć.
Aplikacja na pasku	Kiedy pręt jest poddawany naprężeniom ściskającym, odkształcenia są ściskające (ujemne).	Kiedy pręt jest poddawany naprężeniom rozciągającym, odkształcenia są rozciągające (dodatnie).

Krzywa odkształcenia ściskającego

Wykres naprężenie-odkształcenie: Naprężenie ściskające

Wykres naprężenie-odkształcenie dla ściskania różni się od rozciągania.

W teście ściskania krzywa naprężenie-odkształcenie jest linią prostą aż do granicy sprężystości. Poza tym punktem wyraźne zagięcie krzywej przedstawiające początek plastyczności; punkt przedstawia kompozytową granicę plastyczności przy ściskaniu, która jest bezpośrednio związana z naprężeniem szczątkowym. Wzrost naprężenia szczątkowego zwiększa naprężenie ściskające.

W teście ściskania obszar liniowy jest obszarem sprężystym zgodnie z prawem Hooke'a. Stąd region można przedstawić jako,

E = moduł Younga

W tym obszarze materiał zachowuje się elastycznie i po usunięciu naprężeń powraca do swojej pierwotnej pozycji.

Granica plastyczności:

To jest punkt, w którym kończy się elastyczność i zaczyna się region plastyczności. Zatem po granicy plastyczności materiał nie będzie w stanie powrócić w swoim rzeczywistym kształcie po usunięciu naprężenia.

Stwierdzono, że jeśli materiał krystaliczny przechodzi przez ściskanie, krzywa naprężenie-odkształcenie jest przeciwna do zastosowań rozciągania w obszarze sprężystym. Krzywe rozciągania i ściskania zmieniają się przy większych odkształceniach (odkształceniach), ponieważ występuje ściskanie w ściskanym materiale, a przy rozciąganiu materiał ulega plastycznemu odkształceniu.

Naprężenie-odkształcenie w rozciąganiu | próba rozciągania:

Linia OA: Limit proporcjonalny

Linia OA reprezentuje proporcjonalny limit. Proporcjonalna granica to granica, do której naprężenie jest proporcjonalne do odkształcenia zgodnie z prawem Hooka. Wraz ze wzrostem naprężenia zwiększa się odkształcenie materiału.

Punkt A: Elastyczny limit:

W tym miejscu zastosowano maksymalne naprężenie w pełnym materiale. Ten punkt nazywa się granicą elastyczności. Materiał w granicach sprężystości ulegnie odkształceniu, a po usunięciu naprężeń materiał powróci do swojego rzeczywistego położenia.

Co to jest region elasto-plastyczny?

Region elasto-plastyczny:

Jest to obszar między granicą plastyczności a punktem sprężystości.

Punkt B: Górna granica plastyczności

Odkształcenie plastyczne rozpoczyna się wraz z przemieszczeniem się jego struktury krystalicznej. Przemieszczenie to staje się większe po górnej granicy plastyczności i ogranicza jego ruch, co jest znane jako umocnienie odkształceniowe.

Punkt C: Niższa granica plastyczności

Jest to punkt, po którym zapoczątkowują się właściwości takie jak utwardzanie odkształceniowe. Zaobserwowano, że poza granicą sprężystości zachodzi właściwość, taka jak odkształcenie plastyczne.

Trwała deformacja:

Górna granica plastyczności:

Punkt, w którym przykładane jest maksymalne obciążenie lub naprężenie w celu zainicjowania odkształcenia plastycznego.

Górna granica plastyczności jest niestabilna z powodu ruchu dyslokacji krystalicznych.

Niższa granica plastyczności:

Granica minimalnego obciążenia lub naprężenia niezbędna do zachowania plastyczności.

Niższa granica plastyczności jest stabilna, ponieważ nie ma ruchu kryształu.

Naprężenie to opór stawiany przez materiał przy obciążeniu zewnętrznym, a utwardzanie odkształceniowe to powolny wzrost oporu ze względu na wzrost przemieszczeń w materiale.

Punkt D: ostateczny punkt naprężenia

Reprezentuje ostateczny punkt stresu. Maksymalny stres może wytrzymać maksymalny stres. Po wzroście obciążenia następuje awaria.

Punkt E: Punkt pęknięcia

Reprezentuje punkt zerwania lub zerwania. Gdy materiał ulega szybkiemu odkształceniu po punkcie skrajnego naprężenia, prowadzi to do zniszczenia materiału. W materiale wystąpiło maksymalne odkształcenie.

Przykładowe problemy ze stresem ściskającym | Aplikacje

• Przemysł lotniczy i samochodowy: testy aktywacji i testy sprężyn
• Przemysł budowlany: Przemysł budowlany zależy bezpośrednio od wytrzymałości materiałów na ściskanie. Słup, pokrycie dachowe jest budowane przy użyciu naprężeń ściskających.
• Słup betonowy: W filarze betonowym materiał jest ściskany razem przez naprężenie ściskające.
• Materiał jest sklejony ściskany, aby uniknąć zniszczenia budynku. Ma zrównoważoną ilość napiętej zmagazynowanej energii.
• Przemysł kosmetyczny: zagęszczanie pudru w kompakcie, kredek do oczu, balsamów do ust, szminek, cieni do powiek odbywa się metodą naprężenia ściskającego.
• Przemysł opakowaniowy: opakowania kartonowe, butelki skompresowane, butelki PET.
• Przemysł farmaceutyczny: W przemyśle farmaceutycznym najczęściej stosuje się naprężenia ściskające.
• Łamanie, zagęszczanie, kruszenie odbywa się przy wytwarzaniu tabletek. Twardość i wytrzymałość na ściskanie to główna część przemysłu farmaceutycznego.
• Przemysł sportowy: piłki do krykieta, piłki tenisowe, piłki do koszykówki są kompresowane, aby uczynić je twardszymi.

Jak mierzyć naprężenie ściskające?

Test kompresji:

Test ściskania polega na określeniu zachowania materiału pod obciążeniem ściskającym.

Test ściskania jest zwykle stosowany do skał i betonu. Test ściskania podaje naprężenia i odkształcenia materiału. Wynik eksperymentu musi potwierdzać ustalenia teoretyczne.

Rodzaje testów kompresji:

• Test na zginanie
• Test wiosenny
• Test na zgniatanie

Test ściskania ma na celu określenie integralności i parametru bezpieczeństwa materiału poprzez trwałe naprężenie ściskające. Zapewnia również bezpieczeństwo gotowych produktów, komponentów, produkowanych narzędzi. Określa, czy materiał jest odpowiedni do celu i odpowiednio wytwarzany.

Testy kompresji dostarczają danych do następujących celów:

• Do pomiaru jakości partii
• Zrozumieć spójność produkcji
• Pomoc w procedurze projektowania
• Aby obniżyć cenę materiału
• Aby zagwarantować jakość międzynarodowych standardów itp.

Maszyna wytrzymałościowa na ściskanie:

Maszyny do badań na ściskanie obejmują pomiary właściwości materiałów, takich jak moduł Younga, wytrzymałość na ściskanie, granica plastyczności itp., Stąd też ogólna statyczna wytrzymałość materiałów na ściskanie.

Aparat uciskowy jest skonfigurowany do wielu zastosowań. Ze względu na konstrukcję maszyny może wykonywać próby rozciągania, cykliczne, ścinanie, zginanie.

Próba ściskania przebiega tak samo, jak próba rozciągania. W obu testach występuje tylko zmiana obciążenia. Maszyny do prób rozciągania wykorzystują obciążenia rozciągające, podczas gdy maszyny do prób ściskania wykorzystują obciążenia ściskające.

Wytrzymałości na ściskanie różnych materiałów:

· Wytrzymałość betonu na ściskanie: 17Mpa-27Mpa

· Wytrzymałość stali na ściskanie: 25 MPa

· Wytrzymałość granitu na ściskanie: 70-130 MPa

· Wytrzymałość cementu na ściskanie: 11.5 - 17.5 MPa

· Granica plastyczności na ściskanie aluminium: 280 MPa

Jakie jest dopuszczalne naprężenie ściskające dla stali?

Odpowiedź: Dopuszczalne naprężenia są zwykle mierzone za pomocą kodów strukturalnych tego metalu, takiego jak stal i aluminium. Jest reprezentowany przez ułamek jego plastyczności naprężenie (wytrzymałość)

Jaka jest wytrzymałość betonu na ściskanie w różnym wieku?

Jest to minimalna kompresja siła była materialna w standardowym teście 28-dniowego cylindra betonowego.

Pomiary wytrzymałości betonu na ściskanie wymagają około 28 do 35 MPa po 28 dniach.

Wytrzymałość betonu na ściskanie:

Problemy ze stresem kompresyjnym:

Problem #1

Stalowy pręt o średnicy 70 mm i długości 3 m otoczony jest płaszczem z żeliwa o grubości 7 mm. Obliczyć obciążenie ściskające dla łączonego pręta 0.7 mm na długości 3 m. (E._stal = 200 GPa i E_żeliwo = 100 GPa.)

Rozwiązanie:

δ=

δ=δ żeliwo=δ stal= 0.7 mm

δ żeliwo = = 0.7

Żeliwo P. = 50306.66 πN

δ stal= = 0.7

P stal= 57166.66πN

ΣFV=0

P= P żeliwo +P stal

P= 50306.66π+ 57166.66π

P= 107473.32πN

P= 337.63 kN

Problem nr XX:

Statua waży 10KN spoczywa na płaskiej powierzchni na szczycie kolumny o wysokości 6.0 m. Powierzchnia przekroju wieży wynosi 0.20 m² i jest wykonany z granitu o gęstości 2700kg / m³. Obliczyć naprężenie ściskające i odkształcenie w przekroju poprzecznym 3 m poniżej odpowiednio od szczytu wieży i górnego segmentu.

rozwiązanie:

Objętość segmentu wieży wraz z wysokością

H= 3.0 mi pole przekroju poprzecznego A= 0.2m2 wynosi

V = A * H = 0.3 * 0.2 = 0.6 m ^ 3

Gęstość ρ= 2.7 × 10 ^ 3 kg / m3, (grafit)

Masa segmentu wieży

m= ρV =(2.7×10^3 *0.60m3)=1.60×10^3 kg.

Waga segmentu wieży wynosi

Wp = mg= (1.60 × 103 * 9.8) = 15.68 KN.

Waga rzeźby to

Ws = 10KN,

siła normalna 3m poniżej rzeźby,

F= wp  + ws  = (1.568 + 1.0) × 104 N = 25.68 KN.

Dlatego naprężenie jest obliczane przez F/A

= 2.568 × 104 * 0.20

= 1.284 × 10 ^ 5Pa = 128.4 kPa.

Y=4.5×10^10Pa = 4.5×10^7kPa.

Zatem obliczone odkształcenie ściskające w tej pozycji wynosi

Y= 128.4 / 4.5 × 10⁷

= 2.85 × 10^-6.

Problem nr XX:

Stalowy pręt o zmiennym przekroju jest narażony na działanie siły osiowej. Znajdź wartość P dla równowagi.

E = 2.1 * 10 ^⁵MPa. L1=1000mm, L2=1500mm, L3=800mm.A1=500mm², A2 = 1000 mm², A3 = 700 mm².

Od równowagi:

= 0

+ 8000-10000 + P-5000 = 0

P = 7000N