抗壓強度

(重定向自抗压强度

抗壓強度(英語:Compressive strength)為指定材料抵抗以同一軸線施加壓力的能力,當壓力超越抗壓強度時,材料會出現脆斷塑性變形等不可逆的形變混凝土的抗壓強度可以超過50MPa(百萬帕斯卡),但塑膠容器的抗壓強度可以低於250N。[1]

以萬能材料試驗機測量抗壓強度

它與抗拉強度剪切强度等都是評核材料強度的標準,對結構的設計很有幫助。材料的抗壓強度並不一定與其抗拉強度等相若。陶瓷、混凝土的抗壓強度高於抗拉強度;而複合材料的抗拉強度則傾向高於抗壓強度。金屬的抗壓及抗拉強度較難比較,其在受壓時可能會屈曲、碎裂或被剪切,在拉扯時會持續變幼或在其弱點斷裂。

材料的抗壓強度可以用萬能材料試驗機英语universal testing machine測量,這種機器小至可放於桌上、大至可產生53MN(百萬牛頓[2]的力量。測量抗壓強度有一定的方法和條件規限,並以既定的標準記錄。

簡介编辑

 
壓力(下)和拉力(上)

當物質受到同一軸線的力而令物質在該軸線上的長度增加,該物為受到拉力,它內裏原子與原子間的距離增加;當物質受到同一軸線的力而令物質在該軸線上的長度減少,該物為受到壓力,它內裏原子與原子間的距離減少。拉力亦使本身屈曲的材料伸直,壓力使材料加大其屈曲的程度。此外,物質會自然產生抗拒形變的力,這是由於固體中的原子有保持距離一致的傾向。

形變(Strain)是材料的長度因應外力的改變:正形變在材料受拉力而增加,負形變在材料受壓力而增加。

在抗壓強度測試中,機器會穩定增加壓力。當材料完全崩壞,機器此時所施與的壓力則與抗壓強度相若。通常崩壞時部分的材料會從側面擴展或碎開。

參考右方的應力形變圖,紅點為該材料的抗壓強度。左下方呈直線,顯示材料在較低應力下遵守胡克定律,形變與應力成簡單比例: 。當中E為楊氏模數。在這情況下材料的形變是彈性的,當應力消失,物件會傾向回復原狀。當應力足夠大,開始打破胡克定律,這程度的力為材料的降伏强度。其後應力和形變的關係呈曲線,這形變是塑性的,應力消失後也無法回復原狀。

應用编辑

 
應力形變圖
 
Barrelling

材料、組件[3]及結構[4]的抗壓強度都有測量的需要。

在工程項目中,工程應力更常被用到。它在現實中與真應力不同。以簡單方程計算的壓力與實際情況會有所出入。在基本的計算,同軸的壓力為:

 

F為壓力,而A為於材料受壓力面的面積。然而,當材料受壓時,其截面積會因而增加。因此工程應力的定義為壓力除以材料的初始面積:

 

其工程應變的定義則為:

 

當中l為目前長度,l0為初始長度。抗壓強度則對應工程應力形變圖的點 ,算式為:

 

 

當中F*為崩壞前的壓力,l*為崩壞前的長度。

此外由於測試時材料的兩端均受壓力,因此其截面積增加時會與機器的表面產生摩擦力,這種摩擦力會消耗一些能量。另外由於摩擦力材料的截面積會變得不平均:其中央會比兩端更大,一種被稱為Barrelling的現象。這些是實驗誤差的可能成因。

混凝土的抗壓強度编辑

混凝土的抗壓強度是其中一個主要的工程指標。將混凝土分級是一個標準做法,其分級以該混凝土的方柱或圓柱作抗壓測試,而測試乎不同國家的規定有所不同。以印度為例,混凝土的典型抗壓強度以凝固28天的150毫米正方體作標準,其典型強度可預計不多於5%的測試結果與之不相符。[5]而設計上其抗壓強度會再除以一個安全系數以作保險,其程度視乎設計的需要。

例子编辑

材料 Rs [MPa]
陶瓷 500
骨骼 150
混凝土 20-80
(0°C) 3
保麗龍 ~1

另見编辑

參考编辑

  1. ^ Varzinskas, Visvadas; Jurgis Kazimieras Staniškis, Alis Lebedys, Edmundas Kibirkštis, Valdas Miliūnas. Life Cycle Assessment of Common Plastic Packaging for Reducing Environmental Impact and Material Consumption. Environmental Research, Engineering and Management. 2009, 50 (4): 57–65 [21 September 2012]. 
  2. ^ NIST, Large Scale Structure Testing Facility, [04-05-2010], (原始内容存档于2010-06-05). 
  3. ^ Urbanek, T; Lee, Johnson. Column Compression Strength of Tubular Packaging Forms Made of Paper (PDF) 34,6. Journal of Testing and Evaluation: 31–40. [13 May 2014]. 
  4. ^ Ritter, m A; Oliva, 9, Design of Longitudinal Stress-Laminated Deck Superstructures, Timber Bridges: Design, Construction, Inspection, and Maintenance (PDF), US Dept of Agriculture, Forest Products Laboratory, 1990 (2010) [13 May 2014] 
  5. ^ What | How | CivilDigital |. 2016-07-07 [2016-09-20]. (原始内容存档于2017-09-26) (美国英语).