抗压强度
抗压强度(英语:Compressive strength)为指定材料抵抗以同一轴线施加压力的能力,当压力超越抗压强度时,材料会出现脆断、塑性变形等不可逆的形变。混凝土的抗压强度可以超过50MPa(百万帕斯卡),但塑胶容器的抗压强度可以低于250N。[1]
![](http://images.weserv.nl/?url=//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/3e/Compression_test.jpg/220px-Compression_test.jpg)
它与抗拉强度、剪切强度等都是评核材料强度的标准,对结构的设计很有帮助。材料的抗压强度并不一定与其抗拉强度等相若。陶瓷、混凝土的抗压强度高于抗拉强度;而复合材料的抗拉强度则倾向高于抗压强度。金属的抗压及抗拉强度较难比较,其在受压时可能会屈曲、碎裂或被剪切,在拉扯时会持续变幼或在其弱点断裂。
材料的抗压强度可以用万能材料试验机测量,这种机器小至可放于桌上、大至可产生53MN(百万牛顿)[2]的力量。测量抗压强度有一定的方法和条件规限,并以既定的标准记录。
简介
当物质受到同一轴线的力而令物质在该轴线上的长度增加,该物为受到拉力,它内里原子与原子间的距离增加;当物质受到同一轴线的力而令物质在该轴线上的长度减少,该物为受到压力,它内里原子与原子间的距离减少。拉力亦使本身屈曲的材料伸直,压力使材料加大其屈曲的程度。此外,物质会自然产生抗拒形变的力,这是由于固体中的原子有保持距离一致的倾向。
形变(Strain)是材料的长度因应外力的改变:正形变在材料受拉力而增加,负形变在材料受压力而增加。
在抗压强度测试中,机器会稳定增加压力。当材料完全崩坏,机器此时所施与的压力则与抗压强度相若。通常崩坏时部分的材料会从侧面扩展或碎开。
参考右方的应力形变图,红点为该材料的抗压强度。左下方呈直线,显示材料在较低应力下遵守胡克定律,形变与应力成简单比例: 。当中E为杨氏模数。在这情况下材料的形变是弹性的,当应力消失,物件会倾向回复原状。当应力足够大,开始打破胡克定律,这程度的力为材料的降伏强度。其后应力和形变的关系呈曲线,这形变是塑性的,应力消失后也无法回复原状。
应用
在工程项目中,工程应力更常被用到。它在现实中与真应力不同。以简单方程计算的压力与实际情况会有所出入。在基本的计算,同轴的压力为:
F为压力,而A为于材料受压力面的面积。然而,当材料受压时,其截面积会因而增加。因此工程应力的定义为压力除以材料的初始面积:
其工程应变的定义则为:
当中l为目前长度,l0为初始长度。抗压强度则对应工程应力形变图的点 ,算式为:
当中F*为崩坏前的压力,l*为崩坏前的长度。
此外由于测试时材料的两端均受压力,因此其截面积增加时会与机器的表面产生摩擦力,这种摩擦力会消耗一些能量。另外由于摩擦力材料的截面积会变得不平均:其中央会比两端更大,一种被称为Barrelling的现象。这些是实验误差的可能成因。
混凝土的抗压强度
在土木工程中,混凝土的抗压强度是一个主要的工程指标。混凝土分级的标准做法也是根据其抗压强度来分类。其分级以该混凝土的标准立方体试件或标准圆柱试件作抗压测试,而测试方法根据不同国家的规定有所不同。以印度为例,混凝土的标准抗压强度以标准养护条件下第28天的立方体试件(长宽高均为150毫米的正方体)作标准,其典型强度可预计不多于5%的测试结果与之不相符。[5]而设计上其抗压强度会再除以一个安全系数以作保险,其程度视乎设计的需要。
例子
材料 | Rs [MPa] |
陶瓷 | 500 |
骨骼 | 150 |
混凝土 | 20-80 |
冰 (0°C) | 3 |
保丽龙 | ~1 |
另见
参考
- ^ 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]. (原始内容存档于2016-03-04).
- ^ NIST, Large Scale Structure Testing Facility, [04-05-2010], (原始内容存档于2010-06-05).
- ^ 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]. (原始内容存档 (PDF)于2021-03-01).
- ^ 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, 19902010 [13 May 2014], (原始内容存档 (PDF)于2021-03-05)
- ^ Compressive Strength of Concrete & Concrete Cubes | What | How | CivilDigital |. 2016-07-07 [2016-09-20]. (原始内容存档于2017-09-26) (美国英语).