Испытание материалов на сжатие

Цель работы:

1. Сравнительное изучение свойств хрупких, однородных и неоднородных материалов при сжатии.

2. Определение пределов прочности материалов при сжатии.

Общие сведения

При испытании на сжатие пластичных материалов (мягкой стали, меди, некоторых видов пластмасс и других) можно определить предел пропорциональности и предел текучести. Большие деформации пластичных материалов не позволяют им разрушаться. Поэтому для пластичных материалов не существует предела прочности при сжатии. Хрупкие же материалы (чугун, камень, бетон и другие) в отличие от пластичных разрушаются при сжатии. При этом они выдерживают значительно большие напряжения, чем при растяжении. Для хрупких материалов предел прочности при испытании на сжатие имеет большое практическое значение, так как обычно детали из хрупких материалов в реальных конструкциях в большинстве случаев работают на сжатие.

1. Испытание на сжатие чугуна

Для испытания изготовляются цилиндрические образцы (рис. 1, б) с отношением высоты к диаметру = 1,5. Под действием сжимающих сил образец, укорачиваясь, принимает слегка бочкообразную форму (рис. 1, в).

Это свидетельствует о наличии небольших пластических деформаций. Диаграмма сжатия сначала идет почти по прямой линии, слегка наклоненной к оси сил. Затем, все более искривляясь, диаграмма достигает максимума и резко обрывается (см. рис. 1, а).

а

в

б

h

Æ d

l

Рис. 1

Разрушение образца происходит в результате образования наклонных трещин, направленных примерно под углом 45° к оси образца, то есть. на площадках, на которых действуют наибольшие касательные напряжения (рис. 1, в). В результате испытания определяют величину предела прочности чугуна на сжатие по формуле

где - разрушающая нагрузка, - площадь поперечного сечения образца.

2.Испытание на сжатие цементного камня

Цементный камень (рис. 2, б) представляет собой затворенную водой и затвердевшую цементно–песчаную смесь. При затворении сухой цементно–песчаной смеси водой цемент и вода превращаются в цементное тесто, в котором начинается химическая реакция разложения цемента. С перемешиванием цементно–песчаной смеси цементное тесто обволакивает зерна и, постепенно твердея, превращает цементно-песчаную смесь в монолит. Образцы цементного камня изготовляются в виде кубиков (см. рис. 2, б). Диаграмма сжатия цементного камня – типичная диаграмма сжатия хрупкого материала (рис. 2, а).

Из диаграммы видно, что камень разрушается без заметного остаточного укорочения. Характер разрушения образца показан на рис. 2, в.

Разрушение кубика начинается с выкрашивания свободных граней и переходом к форме усеченных пирамид, соединенных между собой меньшими основаниями. Такая форма разрушения объясняется действием сил трения, возникающих между поверхностями образца и подушками пресса. Силы трения препятствуют поперечному расширению образца и образованию продольных трещин. Влияние сил трения значительно у торцов образца и убывает к среднему его сечению. По найденному из опыта значению разрушающего груза определяется предел прочности

3.Испытание деревянных образцов на сжатие

Древесина является представителем анизотропных материалов, то есть обладает различными свойствами в разных направлениях. Такие свойства древесины обусловлены резко выраженной волокнистостью строения. При рассмотрении свойств древесины выделяют два главных направления: вдоль волокон и поперек волокон. В направлении вдоль волокон древесина обладает наибольшими прочностными и упругими свойствами, а в направлении поперек волокон – наименьшими. Анизотропию древесины учитывают при применении дерева в сооружениях. Дерево следует располагать так, чтобы сжимающие (растягивающие) усилия действовали по направлению наибольшего сопротивления, то есть вдоль волокон.

Для испытания применяют деревянные кубики со стороной h = 3 см (рис. 3, б, в). При сжатии дерева вдоль волокон до разрушения образец претерпевает сравнительно небольшие остаточные деформации (см. рис. 3, а, кривая 1).

Разрушение образца обычно происходит за счет образования поперечных складок, обмятия торцов и образования продольных трещин (рис. 3, г).

По результатам испытания определяется предел прочности

Работа древесины на сжатие поперек волокон отличается вязкостью, то есть происходит с сильным развитием деформаций. Типичная диаграмма для этого случая показана на рис. 3, а (кривая 2). Разрушение кубика, как правило, не наблюдается; он лишь спрессовывается (см. рис. 3, д). В связи с этим условно считают, что разрушающая нагрузка – это та, при которой кубик сжимается на 1/3 своей первоначальной высоты.

Предел прочности (условный) вычисляется по формуле

где Р _max - нагрузка, при которой кубик сжался на 1/3 своей первоначальной высоты.

Для испытания используют гидравлический пресс, оснащенный закрытым щитком, предохраняющим от возможных осколков разрушающегося образца.

Порядок проведения работы

1. Замерить испытуемый образец штангенциркулем.

2. Установить образец на опорный цилиндр по центру пресса.

3. Произвести загружение образца.

4. Зафиксировать на силоизмерительной шкале нагрузку, которую выдержал образец.

5. Снять образец и изобразить вид разрушенного образца.

6. Оформить отчет по прилагаемой форме.

Дата добавления: 2015-07-25