Испытание на сжатие

Испытание на сжатие

Испытание на сжатие показывает, как материал сопротивляется уменьшению длины под осевой силой. Для металлов оно позволяет исследовать упругую жёсткость, начало пластического течения и сопротивление деформированию при условиях, близких к осадке или другим операциям обработки давлением. Для хрупких материалов можно фиксировать разрушение. Для пластичного металла отсутствие разрыва не означает, что испытание обязательно даст однозначный «предел прочности».

Как строят диаграмму

Образец помещают между плитами испытательной машины, обеспечивают соосность и измеряют силу F и уменьшение длины Δh. В принятой здесь записи сжатие положительно: номинальное напряжение σc = F/S0; инженерная деформация εc = (h0 − h)/h0. F задают в Н, S0 в мм²; напряжение получают в МПа. В протоколе обязательно поясняют соглашение о знаке, поскольку программное обеспечение может записывать сжимающую силу и деформацию отрицательными.

Для цилиндра S0 = π·d0²/4. На линейном упругом участке наклон Δσc/Δεc даёт оценку модуля продольной упругости, если деформация измерена непосредственно на образце и устранена податливость оборудования. Перемещение траверсы включает деформацию рамы, плит и контактных зон. Его использование без поправок особенно искажает измерение малых упругих деформаций.

Таблицу можно прокручивать по горизонтали →

Условный расчёт

Приняты d0 = 10,00 мм, h0 = 15,00 мм, h = 13,50 мм, F = 40 000 Н. Исходная площадь равна 78,540 мм². Номинальное напряжение σc = 40 000/78,540 = 509,30 МПа; инженерное укорочение εc = (15,00 − 13,50)/15,00 = 0,100, или 10,0%. Логарифмическая мера составляет ln(15,00/13,50) = 0,10536.

Если дополнительно принять однородную пластическую деформацию без изменения объёма, то S·h = S0·h0 и S = 78,540·15,00/13,50 = 87,266 мм². Расчётное текущее среднее напряжение получается 458,37 МПа. Это сравнение иллюстрирует различие исходной и текущей площади. Оно не является способом коррекции реального бочкообразного образца: распределение напряжений и площади по высоте такого образца неоднородно.

Трение, форма и устойчивость

Трение на торцах препятствует свободному поперечному расширению материала возле плит. Средняя часть расширяется сильнее, возникает бочкообразность и пространственное напряжённое состояние. Измеренная сила включает влияние контакта, поэтому её отношение к площади нельзя безусловно считать одноосным сопротивлением пластическому течению. Смазку, подготовку торцов и условия контакта задают выбранной методикой, а не подбирают произвольно ради меньшей силы.

Слишком длинный образец может потерять устойчивость и изгибаться; слишком короткий сильнее зависит от ограничения поперечной деформации плитами. Геометрию, параллельность торцов, центрирование и скорость нагружения устанавливают по применяемому стандарту. ASTM E9 относится к осевому сжатию металлических материалов при комнатной температуре; для полимеров, пористых материалов и повышенных температур применяют соответствующие отдельные методы.

В итоговом протоколе указывают критерий завершения: разрушение, заданное укорочение, достижение установленной силы или иной предусмотренный показатель. Если разрушения нет, сообщают напряжение при конкретной деформации и условия опыта. Перенос такого значения в расчёт детали без учёта устойчивости, геометрии и температурного режима приводит к смешению свойств материала с поведением испытательной системы.

Источники и область подтверждения

• ASTM E9: Compression Testing of Metallic Materials: область осевого сжатия металлов при комнатной температуре; влияние потери устойчивости и бочкообразности
• Instron: Compression testing: схема сжатия цилиндрических и призматических образцов плитами
• Instron: Compression platens: оснастка для определения характеристик сжатия