Объяснение испытаний на сжатие:определение, цель, приложения и методология

Испытание на сжатие — это широко используемое механическое испытание, которое дает ценную информацию о поведении материалов при воздействии сжимающих нагрузок. Испытание имеет важное значение для выбора правильного материала для различных применений в таких отраслях, как аэрокосмическая, автомобильная и строительная. В этой статье будут подробно рассмотрены определение, назначение, применение и принцип работы тестирования сжатия, а также этапы выполнения теста сжатия.

Что такое тест на сжатие?

Испытание на сжатие — это механическое испытание, используемое для определения поведения материалов при воздействии сжимающих нагрузок. Данные, собранные в ходе испытаний на сжатие, дают полезную информацию о механических свойствах различных материалов, которые имеют неоценимое значение при выборе подходящего материала для различных применений, особенно в строительной и машиностроительной отраслях.

Как работает тестирование сжатия?

При испытании на сжатие образец материала помещается между двумя пластинами или зажимами испытательной машины. Это может быть универсальная испытательная машина с датчиком силы, измеряющим приложенную силу. К образцу прикладывают сжимающую силу до тех пор, пока он не достигнет определенной деформации или пока он не сломается. Дополнительные устройства, такие как прогибометр или экстензометр, можно использовать для измерения деформации или деформации сжатия образца.

Иллюстрация теста набора сжатия.

Какова цель тестирования сжатия?

Целью испытаний на сжатие является определение поведения или реакции материала на сжимающую нагрузку путем измерения ключевых параметров, таких как деформация, напряжение и деформация. Испытание на сжатие позволяет определить, среди других свойств, прочность материала на сжатие, максимальную несущую способность, предел текучести, модуль упругости и предел упругости. 

Как только эти различные факторы и значения, связанные с конкретным материалом, будут поняты, можно будет оценить, подходит ли материал для данного применения или он выйдет из строя при заданных нагрузках.

Когда используются тесты на сжатие?

Испытания на сжатие используются для демонстрации того, как материал будет реагировать на сжатие. Их можно использовать для оценки поведения пластического течения материала и пределов пластического разрушения. Они также определяют, как материал реагирует на сдавливающие нагрузки. Испытания на сжатие имеют решающее значение для оценки упругих и сжимающих характеристик разрушения хрупких или малопластичных материалов.

Модуль упругости, предел текучести при сжатии, предел пропорциональности, прочность на сжатие и максимальная прочность на сжатие могут быть определены экспериментами по сжатию. Эти характеристики играют ключевую роль в определении того, подходит ли материал для данного применения или не выйдет из строя при заданном наборе напряжений.

Где применяются испытания на сжатие?

Существует несколько отраслей, в которых используются испытания на сжатие. Некоторые из основных отраслей перечислены ниже:

1. Аэрокосмическая и автомобильная промышленность

Испытания на сжатие являются важной частью аэрокосмической и автомобильной промышленности. Они используются для измерения прочности на сжатие материалов, используемых в компонентах двигателя, конструктивных элементах и ​​других важных деталях. Например, в аэрокосмической промышленности испытания на сжатие используются для проверки прочности материалов, используемых при производстве крыльев, фюзеляжей и деталей двигателей самолетов. В автомобильной промышленности испытания на сжатие используются для проверки прочности материалов, используемых при производстве блоков двигателей, коленчатых валов, пружин и других компонентов.

2. Строительная отрасль

В строительной отрасли испытания на сжатие используются для определения прочности на сжатие бетона, цемента и других строительных материалов. Эти испытания имеют решающее значение для обеспечения соответствия строительных материалов требуемым стандартам прочности и способности выдерживать вес и давление конструкции. Испытание на сжатие также используется для измерения характеристик сжатия кровельных панелей, изоляционных плит и листовых материалов для строительства, а также для проведения испытаний на вдавливание гипсокартона, трубопроводов и торкрет-бетона.

3. Косметическая промышленность

Испытания на сжатие являются важной частью косметической промышленности и используются следующим образом:

• Спреи и дозирующие насосы проверяются на усилие привода.
• Испытания на прочность губной помады, бальзама для губ и подводки для глаз.
• Стойкость теней для век и пудры при уплотнении.
• Определение силы, необходимой для распределения кремов и лосьонов из бутылочек и пакетиков.

4. Электротехническая и электронная промышленность

В электротехнической и электронной промышленности испытания на сжатие используются для проверки прочности на сжатие изоляторов, разъемов, ЖК-экранов, клавиатур и других компонентов. Эти испытания имеют решающее значение для обеспечения того, чтобы компоненты могли выдерживать давление и вес других компонентов и устройств, не ломаясь и не разрушаясь с течением времени.

5. Промышленность медицинского оборудования

Медицинская промышленность – еще одна отрасль, в которой компрессионные испытания имеют множество применений. Некоторые из них включают в себя:

• Испытание игл на трехточечный изгиб.
• Испытания силового привода дозированных ингаляторов и шприц-ручек.
• Проверка остроты, силы введения и проникновения скальпеля и иглы.
• Приведение в действие поршня шприца и оценка силы перемещения.

6. Упаковочная промышленность

В упаковочной промышленности испытания на сжатие используются для проверки прочности на сжатие картона, картона и других упаковочных материалов. Эти испытания имеют решающее значение для обеспечения того, чтобы упаковка могла выдерживать вес и давление продуктов внутри, не ломаясь и не разрываясь.

7. Бумажно-картонная промышленность

Испытания на сжатие проводятся в бумажной и картонной промышленности для проверки прочности картона на сжатие.

8. Промышленность пластмасс, резины и эластомеров

Испытания на сжатие в резиновой, пластмассовой и эластомерной промышленности в основном включают определение характеристик сжатия полимера под нагрузкой.

9. Индустрия безопасности, здоровья, фитнеса и отдыха

Некоторые из применений испытаний на сжатие в сфере безопасности, здоровья, фитнеса и отдыха включают в себя:

• Проверка эффективности мячей для тенниса, гольфа и крикета.
• Испытание на сжатие ремней безопасности автомобильных сидений.

Как выполнить тест на сжатие?

Испытание на сжатие заключается в воздействии на материал сжимающей силы до тех пор, пока он не достигнет заданной деформации или разрушения. Обычно этот процесс включает в себя следующие этапы:

• Подготовка образца:Образец материала для тестирования отбирается и готовится в соответствии со стандартом тестирования. Образец может иметь цилиндрическую или кубическую форму, в зависимости от требований испытания.
• Установка образца:Образец крепится между двумя пластинами или зажимами испытательной машины. Машина может использовать гидравлическую, пневматическую или механическую силу для приложения нагрузки к образцу.
• Приложение силы:к образцу прикладывается сжимающая сила с постоянной скоростью до тех пор, пока он не достигнет заданной деформации или разрушения. Во время испытания измеряются и регистрируются приложенная сила и возникающая в результате деформация.
• Анализ результатов:данные, собранные во время испытания, используются для расчета различных свойств материала, включая прочность на сжатие, модуль упругости и характеристики деформации.

Иллюстрация испытания на сжатие.

Что такое оборудование для испытаний на сжатие?

Для испытаний на сжатие используются испытательные устройства с универсальной совместимостью. Эти устройства, способные выдерживать усилие от 0,02 Н до 2000 кН, обычно предлагаются в широком диапазоне размеров. Универсальная испытательная машина должна быть оснащена экстензометрами, специальными плитами и испытательным программным обеспечением. Одну машину можно настроить для испытания любого материала в пределах ее диапазона усилий, просто заменив приспособление в зависимости от типа испытуемого материала.

При испытании на сжатие образец материала помещается между двумя пластинами или зажимами машины для испытания на сжатие и сжимается до заданной деформации или до тех пор, пока он не треснет.

Каковы общие результаты испытаний на сжатие

Результаты испытаний на сжатие будут различаться в зависимости от материала, а также в зависимости от желаемых свойств, которые проверяет пользователь.

Какие типы испытаний на сжатие существуют?

Ниже перечислены и обсуждаются различные типы тестирования сжатия:

1. Испытание на одноосное сжатие

Испытание на одноосное сжатие является наиболее распространенным и фундаментальным типом испытания на сжатие. Он включает в себя приложение сжимающей нагрузки к испытуемому образцу по одной оси, обычно между двумя плоскими пластинами универсальной испытательной машины. Это испытание используется для оценки прочности на сжатие, модуля упругости, предела текучести и поведения деформации самых разных материалов.

Одноосные испытания особенно подходят для таких материалов, как металлы, пластмассы, керамика, бетон и композиты. Образцы обычно имеют цилиндрическую или кубическую форму, и испытание проводится с контролируемой скоростью деформации до тех пор, пока не будет достигнуто разрушение или заданная деформация.

2. Весеннее тестирование

Испытание пружин — это метод испытания пружин сжатия для измерения их эксплуатационных характеристик. Пружину помещают в машину для испытания на сжатие и сжимают до тех пор, пока все витки не соприкоснутся, после чего машина определяет следующие характеристики:

• Твердая высота:высота пружины в полностью сжатом состоянии.
• Максимальная нагрузка:величина силы, необходимая для полного сжатия пружины.
• Длина в свободном состоянии:длина пружины без нагрузки.
• Жесткость пружины:величина силы, необходимая для сжатия пружины на определенное расстояние.

3. Верхняя загрузка/Раздавливание

Испытание на максимальную нагрузку проводится путем приложения к образцу силы, направленной вниз, чтобы измерить, насколько он сопротивляется разрушению. Это можно выполнить на любом типе образцов, но обычно оно используется в упаковочной промышленности для проверки устойчивости к раздавливанию таких контейнеров, как пластиковые бутылки, картонные коробки и банки.

Каковы стандарты испытаний на сжатие?

Существует множество отраслевых стандартов испытаний на сжатие, поддерживаемых различными организациями, например:

Металлы

ASTM E9-89a – Стандартные методы испытаний на сжатие металлических материалов при комнатной температуре

Охватывает аппаратуру, образцы и процедуры испытаний металлических материалов на сжатие осевой нагрузкой при комнатной температуре. 

Пластик

ISO 844:2021 – Жесткие пористые пластики. Определение свойств сжатия

Определяет методы определения прочности на сжатие, напряжения при относительной деформации 10% и модуля сжатия жестких пористых пластиков. 

ISO 15527:2007 – Пластмассы. Листы полиэтилена, полученные прессованием (PE-UHMW, PE-HD). Требования и методы испытаний

Устанавливает требования и методы испытаний для сплошных плоских листов полиэтилена, полученных прессованием, без наполнителей и армирующих материалов. 

ASTM D6713-01 – Стандартные спецификации для экструдированных и прессованных форм из поли(винилиденфторида) (ПВДФ)

Охватывает требования и методы испытаний экструдированных и прессованных форм из ПВДФ. 

Резина и эластомеры

ISO 7743:2008 – Резина, вулканизированная или термопластичная. Определение свойств напряжения-деформации при сжатии

Определяет методы определения свойств напряжения и деформации при сжатии вулканизированной или термопластической резины с использованием стандартного образца для испытаний. 

ASTM D575 – Стандартные методы испытаний свойств резины при сжатии

Определяет характеристики сжатия-прогиба резиновых смесей. 

admet.com

ASTM C864-05 – Стандартные спецификации для плотных эластомерных компрессионных уплотнительных прокладок, установочных блоков и прокладок

Охватывает предварительно отформованные плотные эластомерные компрессионные прокладки и аксессуары для использования в герметизации и остеклении. 

Бумага и картон

ISO 9895:1989 – Бумага и картон. Прочность на сжатие. Испытание на коротком пролете

Определяет метод определения прочности на сжатие в машине и в поперечном направлении бумаги и картона с использованием прибора для испытания на сжатие с коротким пролетом. 

Строительные материалы

BS EN 12365-2:2003 – Строительное оборудование. Прокладки и уплотнители для дверей, окон, ставен и навесных стен. Часть 2. Методы испытаний на силу линейного сжатия

Определяет методы испытаний для определения линейной силы сжатия прокладок и уплотнителей, используемых в строительном оборудовании.

Каковы преимущества теста на сжатие?

Тестирование сжатия имеет множество преимуществ, в том числе:

• Как правило, это экономически выгодно по сравнению с другими типами тестирования.
• Может быть выполнена на самых разных материалах.
• Это хорошо зарекомендовавший себя метод, который при правильном применении может дать надежные результаты.

Каковы ограничения теста на сжатие?

Существуют некоторые ограничения на тестирование сжатия, в том числе:

• Дает только информацию о прочности материала на сжатие и связанных с ним свойствах, таких как модуль упругости и предел текучести.
• Это может занять много времени.
• Образцы для тестирования должны быть подготовлены особым образом, что может быть дорогостоящим и повлиять на точность результатов.
• На точность результатов могут влиять факторы окружающей среды, такие как температура, а также ошибки оператора, например неправильная загрузка образца.

Точны ли тесты на сжатие?

Да, испытания на сжатие могут быть чрезвычайно точными, если используются высококачественные машины и процедуры испытаний. Однако существуют различные факторы, которые могут снизить точность тестов, например, противоречивые настройки тестирования, некачественное оборудование или неправильно откалиброванное оборудование. Смягчая эти факторы, можно добиться очень высокой точности испытаний на сжатие.

В чем разница между испытаниями на растяжение и испытаниями на сжатие?

Разница между испытанием на растяжение и испытанием на сжатие заключается в том, что при испытании на растяжение применяется растягивающее напряжение или тянущая сила. С другой стороны, при испытании на сжатие применяется сжимающее напряжение или толкающая сила.

Сводка

В этой статье представлены тесты сжатия, объяснено, что они собой представляют, а также обсуждены их назначение и типы. Чтобы узнать больше о тестах на сжатие, свяжитесь с представителем Xometry.

Xometry предоставляет широкий спектр производственных возможностей, включая 3D-печать и другие дополнительные услуги для всех ваших потребностей в прототипировании и производстве. Посетите наш веб-сайт, чтобы узнать больше или запросить бесплатное ценовое предложение без каких-либо обязательств.

Отказ от ответственности

Содержимое этой веб-страницы предназначено только для информационных целей. Xometry не делает никаких заявлений и не дает никаких гарантий, явных или подразумеваемых, относительно точности, полноты или достоверности информации. Любые параметры производительности, геометрические допуски, конкретные конструктивные особенности, качество и типы материалов или процессов не должны рассматриваться как представляющие то, что будет доставлено сторонними поставщиками или производителями через сеть Xometry. Покупатели, желающие получить расценки на детали, несут ответственность за определение конкретных требований к этим деталям. Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с нашими положениями и условиями.

Дин МакКлементс

Дин МакКлементс — дипломированный инженер с отличием в области машиностроения с более чем двадцатилетним опытом работы в обрабатывающей промышленности. Его профессиональный путь включает в себя важные должности в ведущих компаниях, таких как Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace и Hyster-Yale, где он развил глубокое понимание инженерных процессов и инноваций.

Прочтите другие статьи Дина МакКлементса