Испытание на сжатие: определение, назначение, применения и методология

Испытание на сжатие — широко используемый механический тест, дающий ценные инсайты в поведение материалов при воздействие компрессионных нагрузок. Тест необходим в выборе правильного материала для различных применений в отраслях вроде авиакосмической, автомобильной и строительной. Эта статья погрузится в определение, назначение, применения и то, как работает испытание на сжатие, а также шаги, вовлечённые в выполнение испытания на сжатие.

Что такое испытание на сжатие?

Испытание на сжатие — механический тест, используемый для определения поведения материалов при воздействии компрессионных нагрузок. Данные, собранные из испытаний на сжатие, дают полезные инсайты в механические свойства разных материалов, которые бесценны в выборе правильного материала для разных применений, особенно в строительной и инженерной отраслях.

Как работает испытание на сжатие?

В испытании на сжатие образец материала помещается между двумя пластинами или челюстями испытательной машины. Это может быть в виде универсальной испытательной машины, с нагрузочной ячейкой, измеряющей приложенную силу. Компрессионная сила приложена к образцу до достижения специфической деформации или до разрушения. Дополнительные устройства, такие как дефлектометр или экстенсометр, могут использоваться для измерения дефлекции или компрессионной деформации образца.

Иллюстрация испытания на сжатие с фиксированной деформацией.

Каково назначение испытания на сжатие?

Цель испытания на сжатие — установить поведение или отклик материала на компрессионную нагрузку измерением ключевых параметров таких как деформация, напряжение и деформация. Испытание на сжатие позволяет определить компрессионную прочность материала, максимальную несущую способность, предел текучести, модуль упругости и упругий предел среди других свойств.

Когда эти различные факторы и значения, ассоциированные с конкретным материалом, понятны, становится возможным оценить, подходит ли материал для данного применения или он откажет под заданными напряжениями.

Когда используются испытания на сжатие?

Испытания на сжатие используются для демонстрации того, как материал отреагирует на сжатие. Они могут использоваться для оценки пластического течения материала и пределов вязкого разрушения. Они также определяют, как материал отреагирует на дробящие нагрузки. Испытания на сжатие критичны для оценки упругих и компрессионно-разрушительных характеристик хрупких или низко-пластичных материалов.

Модуль упругости, компрессионная точка текучести, предел пропорциональности, компрессионная прочность и максимальная компрессионная прочность могут все быть определены компрессионными экспериментами. Эти характеристики играют ключевую роль в выяснении, подходит ли материал для данного применения или откажет под заданным набором напряжений.

Где применяются испытания на сжатие?

Есть несколько отраслей, в которых используются испытания на сжатие. Некоторые из главных отраслей перечислены ниже:

1. Авиакосмическая и автомобильная отрасль

Испытания на сжатие — необходимая часть авиакосмической и автомобильной отрасли. Они используются для измерения компрессионной прочности материалов, используемых в компонентах двигателя, структурных компонентах и других критических деталях. Например, в авиакосмической отрасли испытания на сжатие используются для тестирования прочности материалов, используемых в производстве крыльев самолётов, фюзеляжей и деталей двигателя. В автомобильной отрасли испытания на сжатие используются для тестирования прочности материалов, используемых в производстве блоков цилиндров, коленчатых валов, пружин и других компонентов.

2. Строительная отрасль

В строительной отрасли испытания на сжатие используются для определения компрессионной прочности бетона, цемента и других строительных материалов. Эти тесты критичны для обеспечения того, что строительные материалы соответствуют требуемым стандартам прочности и могут выдерживать вес и давление конструкции. Испытание на сжатие также используется для измерения компрессионной производительности кровельных панелей, изолирующих плит и листовых материалов для строительства и для проведения индентационного тестирования для гипсокартона, трубопроводов и шоткрета.

3. Косметическая отрасль

Испытания на сжатие — важная часть косметической отрасли и используются следующими способами:

• Спреи и дозирующие насосы тестируются на силу актуатора.
• Тесты на прочность на излом помады, гигиенической помады и подводки для глаз.
• Прочность теней для век и пудровых компактов при уплотнении.
• Измерение силы, необходимой для распределения кремов и лосьонов из бутылок и саше.

4. Электрическая и электронная отрасль

В электрической и электронной отрасли испытания на сжатие используются для тестирования компрессионной прочности изоляторов, соединителей, ЖК-экранов, клавиатур и других компонентов. Эти тесты критичны для обеспечения того, что компоненты могут выдерживать давление и вес других компонентов и устройств без ломки или деградации со временем.

5. Медицинская отрасль приборов

Медицинская отрасль — ещё одна отрасль, имеющая много применений для испытания на сжатие. Некоторые из этих включают:

• Тест на трехточечный изгиб для игл.
• Тесты силы актуатора дозированных ингаляторов и шприц-ручек.
• Тестирование остроты скальпелей и игл, вставки и силы проникновения.
• Актуация штока шприца и оценка силы «хода».

6. Упаковочная отрасль

В упаковочной отрасли испытания на сжатие используются для тестирования компрессионной прочности картона, картона и других упаковочных материалов. Эти тесты критичны для обеспечения того, что упаковка может выдерживать вес и давление продуктов внутри без ломки или разрыва.

7. Бумажная и картонная отрасль

Испытания на сжатие выполняются в бумажной и картонной отрасли для тестирования компрессионной прочности картона.

8. Пластиковая, резиновая и эластомерная отрасль

Испытание на сжатие в резиновой, пластиковой и эластомерной отрасли в основном включает идентификацию компрессионных характеристик полимера под нагрузкой.

9. Отрасль безопасности, здоровья, фитнеса и досуга

Некоторые применения испытания на сжатие в отрасли безопасности, здоровья, фитнеса и досуга включают:

• Тестирование эффективности теннисных, гольфных и крикетных мячей.
• Компрессионное тестирование ремней безопасности автомобильных сидений.

Как выполнить испытание на сжатие?

Испытание на сжатие работает путём воздействия на материал компрессионной силы до достижения специфической деформации или разрушения. Процесс обычно включает следующие шаги:

• Подготовка образца: Образец материала для тестирования выбирается и готовится согласно стандарту тестирования. Образец может быть цилиндрическим или кубическим, в зависимости от требований теста.
• Монтаж образца: Образец монтируется между двумя пластинами или челюстями испытательной машины. Машина может использовать гидравлическую, пневматическую или механическую силу для приложения нагрузки к образцу.
• Приложение силы: Компрессионная сила приложена к образцу с постоянной скоростью до достижения специфической деформации или разрушения. Во время теста приложенная сила и результирующая деформация измеряются и записываются.
• Анализ результатов: Данные, собранные во время теста, используются для расчёта различных свойств материала, включая компрессионную прочность, модуль упругости и характеристики деформации.

Иллюстрация компрессионного стресс-теста.

Что такое оборудование для испытания на сжатие?

Испытательные устройства с универсальной совместимостью используются для испытаний на сжатие. С силовыми возможностями от 0.02 Н до 2000 кН, эти устройства обычно предлагаются в широком диапазоне размеров. Универсальная испытательная машина должна быть оснащена экстенсометрами, прикладными плитами и тестовым софтом. Одна машина может быть настроена для тестирования любого материала в её силовом диапазоне простой сменой оснастки, в зависимости от типа тестируемого материала.

В испытании на сжатие образец материала помещается между двумя пластинами или челюстями компрессионной испытательной машины и сжимается до предопределённой деформации или до трещины.

Каковы общие результаты испытания на сжатие?

Результаты испытания на сжатие будут варьироваться от материала к материалу, а также из-за желаемых свойств, для которых пользователь тестирует.

Каковы типы испытаний на сжатие?

Различные типы испытаний на сжатие перечислены и обсуждены ниже:

1. Унаксиальное испытание на сжатие

Унаксиальное испытание на сжатие — самый распространённый и фундаментальный тип испытания на сжатие. Оно включает приложение компрессионной нагрузки к испытательному образцу в одной оси, обычно между двумя плоскими пластинами в универсальной испытательной машине. Этот тест используется для оценки компрессионной прочности, модуля упругости, точки текучести и поведения деформации широкого разнообразия материалов.

Унаксиальные тесты особенно подходят для материалов вроде металлов, пластиков, керамики, бетона и композитов. Образцы обычно цилиндрические или кубические по форме, и тест проводится с контролируемой скоростью деформации до разрушения или достижения заданной деформации.

2. Испытание пружин

Испытание пружин — метод тестирования компрессионных пружин для измерения их характеристик производительности. Пружина помещается в компрессионную испытательную машину и сжимается до касания всех витков, и машина затем определяет следующие характеристики:

• Свёрнутая высота: Высота пружины при полном сжатии.
• Максимальная нагрузка: Количество силы, необходимой для полного сжатия пружины.
• Свободная длина: Длина пружины без нагрузки.
• Жёсткость пружины: Количество силы, необходимой для сжатия пружины на определённое расстояние.

3. Верхняя нагрузка/раздавливание

Тестирование верхней нагрузки выполняется путём приложения нисходящей силы к образцу для измерения того, как он сопротивляется раздавливанию. Это может выполняться на любом типе образца, но обычно используется в упаковочной отрасли для тестирования сопротивления раздавливанию контейнеров вроде пластиковых бутылок, картонных коробок и банок.

Каковы стандарты испытаний на сжатие?

Существует много отраслевых стандартов для испытаний на сжатие, поддерживаемых разными организациями, такими как:

Металлы

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

Охватывает аппаратуру, образцы и процедуры для осевого компрессионного тестирования металлических материалов при комнатной температуре.

Пластики

ISO 844:2021 – Жёсткие клеточные пластики — Определение компрессионных свойств

Специфицирует методы для определения компрессионной прочности, напряжения при 10% относительной деформации и компрессионного модуля жёстких клеточных пластиков.

ISO 15527:2007 – Пластики — Прессованые листы полиэтилена (PE-UHMW, PE-HD) — Требования и методы испытаний

Специфицирует требования и методы испытаний для твёрдых плоских прессованых листов полиэтилена без наполнителей или армирующих материалов.

ASTM D6713-01 – Стандартная спецификация для экструдированных и прессованых форм из поли(винилиден фторида) (PVDF)

Охватывает требования и методы испытаний для экструдированных и прессованых форм из PVDF.

Резина и эластомеры

ISO 7743:2008 – Резина, вулканизированная или термопластичная — Определение компрессионных свойств напряжение-деформация

Специфицирует методы для определения компрессионных свойств напряжение-деформация вулканизированной или термопластичной резины с использованием стандартного испытательного образца.

ASTM D575 – Стандартные методы испытаний свойств резины в сжатии

Определяет компрессионно-дефлекционные характеристики резиновых компаундов.

admet.com

ASTM C864-05 – Стандартная спецификация для плотных эластомерных компрессионных прокладочных гайок, установочных блоков и расстояжников

Охватывает предварительно сформированные плотные эластомерные компрессионные прокладки и аксессуары для использования в уплотнительных и остекленных применениях.

Бумага и картон

ISO 9895:1989 – Бумага и картон — Компрессионная прочность — Тест короткого пролёта

Специфицирует метод для определения компрессионной прочности в машиностроительном и поперечном направлениях бумаги и картона с использованием компрессионного тестера короткого пролёта.

Строительные материалы

BS EN 12365-2:2003 – Строительная фурнитура — Прокладка и уплотнение для дверей, окон, ставней и каркасных стен — Часть 2: Методы тестирования линейной компрессионной силы

Специфицирует методы тестирования для определения линейной компрессионной силы прокладок и уплотнений, используемых в строительной фурнитуре.

Каковы преимущества испытания на сжатие?

Существует множество преимуществ испытания на сжатие, включая:

• Оно в общем рентабельно по сравнению с другими типами тестирования.
• Оно может выполняться на широком разнообразии материалов.
• Это устоявшаяся техника, которая может давать надёжные результаты при правильном выполнении.

Каковы ограничения испытания на сжатие?

Существуют некоторые ограничения испытания на сжатие, включая:

• Даёт информацию только о компрессионной прочности материала и связанных свойствах, таких как модуль упругости и точка текучести.
• Оно может быть затратным по времени.
• Испытательные образцы должны быть подготовлены очень специфическим образом, что может быть дорого и влиять на точность результатов.
• Точность результатов может быть затронута экологическими факторами, такими как температура, а также ошибками оператора, такими как неправильная загрузка образца.

Точны ли испытания на сжатие?

Да, испытания на сжатие могут быть экстремально точными, пока используются высококачественные машины и тестовые процедуры. Есть различные факторы, которые могут снизить точность тестов, такие как нестабильные тестовые установки, низкокачественные машины или неправильно откалиброванные машины. Смягчая эти факторы, возможно достичь очень высокой точности с испытаниями на сжатие.

Какая разница между испытанием на растяжение и испытанием на сжатие?

Разница между испытанием на растяжение и испытанием на сжатие в том, что с испытанием на растяжение приложена тяговая нагрузка, или сила растяжения. С испытанием на сжатие, с другой стороны, приложена компрессионная нагрузка, или сила давящая.

Резюме

В этой статье представлены испытания на сжатие, объяснено, что они такое, и обсуждены их назначение и типы. Чтобы узнать больше об испытаниях на сжатие, свяжитесь с представителем Xometry.

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

Отказ от ответственности

Контент, появляющийся на этой веб-странице, предназначен только для информационных целей. Xometry не даёт никаких представлений или гарантий любого рода, явных или подразумеваемых, касательно точности, полноты или достоверности информации. Никакие параметры производительности, геометрические допуски, конкретные конструктивные особенности, качество и типы материалов или процессы не должны выводиться как представительные того, что будет доставлено сторонними поставщиками или производителями через сеть Xometry. Покупатели, запрашивающие котировки для деталей, несут ответственность за определение конкретных требований к этим деталям. Обратитесь к нашим условиям для получения дополнительной информации.

Дин Макклементс

Дин Макклементс — выпускник с отличием по специальности «Машинное строительство» с более чем двумя десятилетиями опыта в производственной отрасли. Его профессиональный путь включал значимые роли в ведущих компаниях, таких как Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace и Hyster-Yale, где он развил глубокое понимание инженерных процессов и инноваций.

Читать другие статьи Дина Макклементса