Kompresivní stres: 5 důležitých faktů

Co je to tlaková síla?

Tahová a tlaková vlastnost materiálu představují axiální zatížení podél ortogonálních os. Zatížení, která jsou roztažena na hranicích systému, jsou popsána jako tahová zatížení, zatímco zatížení stlačená na hranicích systému jsou popsána jako tlaková zatížení.

Zevně působící síla na tělo deformuje tělo takovým způsobem, že tělo zmenšuje objem a délka se nazývá tlakové napětí.

Jedná se o obnovené namáhání těla, které se deformuje při působení na vnější tlakové zatížení. Zvýšení tlakového napětí u štíhlých, dlouhých válců má sklon k porušení konstrukce v důsledku vybočení sloupů. Když materiál nevydrží kompresi, dojde k vybočení napětí.

tlakové napětí
tlakové napětí

Vzorec tlakového stresu:

Projekt normální síla se aplikuje na plochu jednotky.

\ sigma = \ frac {F} {A}

Kde,

Tlaková síla (F): kompresní síla je síla potřebná ke stlačení materiálu, aby se materiál dal dohromady.

Jednotka tlakového napětí:

Jednotka SI je stejná jako jednotka síly s jednotkou oblasti.

Je tedy reprezentován jako N / m2 or Pa.

Rozměr tlakového napětí:

Rozměr tlakového napětí je [ML-1T-2].

Je tlakové napětí pozitivní nebo negativní?

Odpověď: tlakové napětí je záporné, protože je stlačené, protože změna dimenze (dL) má opačný směr.

Jsou mez kluzu a pevnost v tlaku stejné?

Odpověď: Ne, poddajnost v tahu a tlaku není stejná. Hodnota se změní podle použitelnosti.

Pevnost v tlaku:

Jedná se o schopnost materiálu odolat tlaku, ke kterému dochází v důsledku tlakového napětí. Existují některé materiály, které vydrží jediné napětí, některé materiály vydrží jediné stlačení, a existují některé materiály, které vydrží napětí i stlačení. Mezní pevnost v tlaku je hodnota získaná při úplném selhání materiálu. Zkouška tlakem se provádí stejně jako zkouška tahem. Jediným rozdílem je zatížení, které se používá, a to tlakové zatížení.

Pevnost v tlaku je vyšší v hornině a betonu.

Tlakové napětí z měkké oceli | nízkouhlíková ocel:

Materiál, který před porušením prochází velkým namáháním, je tažný materiál, jako je měkký ocelhliník a jeho slitiny. Křehké materiály, když podléhají tlakovému namáhání, dochází k prasknutí v důsledku náhlého uvolnění nahromaděné energie. Zatímco když tvárný materiál podstoupí tlakové napětí, materiál se stlačí a deformace proběhne bez jakéhokoli porušení.

Tlakové napětí a tahové napětí | Napětí v tlaku vs. napětí v tahu

  Kompresivní stres Pevnost v tahu
Výsledky Důsledky stlačení materiálu v důsledku namáhání tlakem. Výsledky napětí v tahu při roztahování materiálu
Zatlačte nebo zatáhněte Zatímco tlakové napětí je tlak vyvíjený na tělo vnějšími silami ke změně jeho tvaru a velikosti. Napětí v tahu je tah, který působí na tělo vnější síly a mění jeho tvar a velikost.
Komprese nebo prodloužení Tlakové napětí je generováno vnější tlakovou silou Tahové napětí je generováno z důvodu protahovací síly, která má v úmyslu protáhnout.
Aplikace na liště Když tyč prochází tlakovým namáháním, napětí jsou tlaková (negativní). Když tyč prochází tahovým napětím, deformace jsou tahové (kladné).

Křivka tlakového přetvoření

Diagram napětí-napětí: Tlakové napětí

Tlakové napětí 1
Kredit: Wei SUN a kol

Diagram napětí-deformace pro kompresi se liší od napětí.

Při tlakové zkoušce je křivka napětí-deformace přímkou ​​do limitu pružnosti. Za tímto bodem je zřetelný ohyb v křivce představující nástup plasticity; bod ukazuje složené tlakové mez kluzu, které přímo souvisí se zbytkovým napětím. Zvýšení zbytkového napětí zvyšuje napětí v tlaku.

V testu komprese je lineární oblast elastickou oblastí podle Hookeova zákona. Proto může být region reprezentován jako,

E = Youngův modul

V této oblasti se materiál chová pružně a odstraněním napětí se vrací do své původní polohy.

Výnosový bod:

V tomto bodě končí pružnost a začíná oblast plasticity. Po dosažení meze kluzu se tedy materiál nebude moci po odstranění napětí vrátit ve skutečném tvaru.

Zjistilo se, že pokud krystalický materiál prochází tlakem, křivka napětí-deformace je opačná než aplikace napětí v elastické oblasti. Křivky napětí a tlaku se mění při větších deformacích (deformacích), protože dochází ke kompresi u stlačeného materiálu a při napětí dochází u materiálu k plastické deformaci.

Napětí v tahu | tahová zkouška:

Řádek OA: Proporcionální limit

Řádek OA představuje proporcionální limit. Proporcionální limit je limit, do kterého je napětí úměrné napětí podle zákona o hácích. Se zvyšujícím se napětím se zvyšuje deformace materiálu.

Bod A: Elastický limit:

V tomto bodě bylo aplikováno maximální napětí v pevném materiálu. Tento bod se nazývá mez pružnosti. Materiál v mezích pružnosti podléhá deformaci a po odstranění napětí se materiál vrátí do své skutečné polohy.

Co je to elastoplastová oblast?

Elastoplastová oblast:

Je to oblast mezi mezem kluzu a pružným bodem.

Bod B: Horní mez kluzu

Plastická deformace začíná s dislokací od své krystalické struktury. Toto posunutí se zvyšuje po horním meze kluzu a omezuje jeho pohyb, tato charakteristika je známá jako deformační kalení.

Bod C: Nižší mez kluzu

Toto je bod, po kterém se inicializují vlastnosti, jako je vytvrzování deformací. A je pozorováno, že za elastickou mezí dochází k vlastnosti jako plastická deformace.

Trvalá deformace:

Horní mez kluzu:

Bod, ve kterém je aplikováno maximální zatížení nebo napětí k zahájení plastické deformace.

Horní mez kluzu je nestabilní v důsledku pohybu krystalických dislokací.

Dolní mez kluzu:

Mez minimální zátěže nebo napětí nezbytná pro zachování chování plastů.

Dolní mez kluzu je stabilní, protože nedochází k žádnému pohybu krystalů.

Napětí je odpor, který nabízí materiál při působení na vnější zatížení, a kalení v tahu znamená pomalý nárůst odporu v důsledku zvýšení dislokací v materiálu.

Bod D: bod konečného napětí

Představuje nejvyšší bod napětí. Maximální napětí vydrží maximální napětí. Po zvýšení zátěže dojde k poruše.

Bod E: Bod prasknutí

Představuje bod zlomu nebo prasknutí. Když materiál prochází rychlou deformací po bodě konečného napětí, vede to k jeho poruše. Pokud došlo k maximální deformaci v materiálu.

Ukázkové problémy s tlakovým stresem | Aplikace

  • Letecký a automobilový průmysl: Testy ovládání a jarní testy
  • Stavební průmysl: Stavební průmysl přímo závisí na pevnosti materiálů v tlaku. Sloup, střešní krytina je postavena pomocí tlakového napětí.
  • Betonový sloup: V betonovém sloupu je materiál stlačen k sobě tlakovým tlakem.
  • Materiál je spojen stlačením, aby se zabránilo selhání budovy. Má udržitelné množství napjaté akumulované energie.
  • Kosmetický průmysl: zhutnění kompaktního prášku, očních linek, balzámů na rty, rtěnek, očních stínů se provádí působením tlakového napětí.
  • Obalový průmysl: Kartonové obaly, stlačené lahve, PET lahve.
  • Farmaceutický průmysl: Ve farmaceutickém průmyslu se většinou používá tlakové napětí.
  • Lámání, lisování a drcení se provádí při výrobě tablet. Tvrdost a pevnost v tlaku jsou hlavní součástí farmaceutického průmyslu.
  • Sportovní průmysl: kriketový míček, tenisový míček, basketbalový míč jsou stlačeny tak, aby byl tvrdší.

Jak měřit tlakové napětí?

Test komprese:

Zkouška tlakem je stanovení chování materiálu při tlakovém zatížení.

Zkouška tlakem se obvykle používá pro kámen a beton. Zkouška tlakem udává napětí a deformaci materiálu. Výsledek experimentu musí potvrdit teoretické poznatky.

Typy testování komprese:

  • Zkouška ohybem
  • Jarní test
  • Zkouška tlakem

Zkouškou tlakem je zjistit integritu a bezpečnostní parametr materiálu vydržením tlakového napětí. Poskytuje také bezpečnost hotových výrobků, komponentů a vyrobených nástrojů. Určuje, zda je materiál vhodný pro daný účel a podle toho se vyrábí.

Testy komprese poskytují data pro následující účely:

  • Měření kvality šarže
  • Porozumět konzistenci ve výrobě
  • Pomáhat při postupu návrhu
  • Snížit cenu materiálu
  • Zaručit kvalitu mezinárodních standardů atd.

Stroj na testování pevnosti v tlaku:

Stroje na testování tlaku zahrnují měření materiálových vlastností, jako je Youngův modul, konečná pevnost v tlaku, mez kluzu atd., Tedy celkové statické charakteristiky pevnosti v tlaku materiálů.

Kompresní zařízení je konfigurováno pro více aplikací. Díky konstrukci stroje může provádět tahové, cyklické, smykové a ohybové zkoušky.

Zkouška tlakem se provádí stejně jako zkouška tahem. V obou zkouškách dochází pouze ke změně zatížení. Stroje pro zkoušku tahem používají zatížení v tahu, zatímco stroje pro zkoušení tlakem používají zatížení v tlaku.

Pevnost v tlaku různých materiálů:

· Pevnost betonu v tlaku: 17 MPa - 27 MPa

· Pevnost v tlaku oceli: 25 MPa

· Žulová pevnost v tlaku: 70 - 130 MPa

· Pevnost v tlaku cementu: 11.5 - 17.5 MPa

· Mez kluzu hliníku v tlaku: 280 MPa

Co je přípustné tlakové napětí pro ocel?

Odpověď: Přípustná napětí se běžně měří strukturními kódy tohoto kovu, jako je ocel a hliník. Představuje to zlomek jeho meze výtěžnosti (síla)

Co je pevnost betonu v tlaku v různých věkových kategoriích?

Je to minimální komprese síla byla materiálem ve standardním testu 28 dní starého betonového válce.

Měření pevnosti v tlaku betonu vyžaduje 28 až 35 MPa za 28 dní.

Pevnost betonu v tlaku:

13

Problémy s tlakovým stresem:

Problém #1

Ocelová tyč o průměru 70 mm a délce 3 m je obklopena skořepinou z litiny o tloušťce 7 mm. Vypočítejte tlakové zatížení pro kombinovanou tyč 0.7 mm v délce 3 m. (E.ocel = 200 GPa a E.litina = 100 GPa.)

Řešení:

δ=\ frac {PL} {AE}

δ=δ litina=δ ocel= 0.7 mm

δ litina =\frac{Pcastiron(3000)}{\frac{\pi }{4}*{<em>100 000</em>}*{84^{2}-70^{2}}} = 0.7

P litina = 50306.66 πN

XNUMX ocel= {\frac{Psteel(3000)}{\frac{\pi }{4}*{<em>200 000</em>}*{70^{2}}}= 0.7

P ocel= 57166.66πN

ΣFV=0

P= P litina +P ocel

P= 50306.66π+57166.66π

P= 107473.32πN

P= 337.63 kN

Problém #2:

Na rovném povrchu v horní části 10 m vysokého sloupu spočívá socha 6.0KN. Průřez věže je 0.20 m2 a je vyroben ze žuly s hmotnostní hustotou 2700 kg / m3. Vypočítejte tlakové napětí a přetvoření v průřezu 3 m níže od horní části věže a horního segmentu.

Řešení:

Objem segmentu věže s výškou

H= 3.0 m a plocha průřezu A= 0.2 m2 je

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

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

Hmotnost segmentu věže

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

Hmotnost segmentu věže je

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

Hmotnost sochy je

Ws = 10KN,

normální síla 3 m pod sochou,

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

Proto se napětí vypočítá pomocí F/A

= 2.568 × 104 * 0.20

= 1.284 × 10 ^ 5Pa = 128.4 kPa.

Y=4.5×10^10Pa = 4.5×10^7kPa.

Takže tlakové napětí vypočítané v této poloze je

Y= 128.4 / 4.5 × 107

= 2.85 × 10-6.

Problém #3:

Ocelová tyč s proměnlivým průřezem je ohrožena axiální silou. Najděte hodnotu P pro rovnováhu.

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

p333

Z rovnováhy:

{\ sum Fx}= 0

+ 8000-10000 + P-5000 = 0

P = 7000N

Zanechat komentář