statyczna próba ściskania (2).pdf

STATYCZNA PRÓBA ŚCISKANIA

1. WSTĘP

Statyczna próba ściskania, obok statycznej próby rozciągania jest jedną

z podstawowych prób stosowanych dla określenia właściwości mechanicznych materiałów.

Celem próby na ściskanie materiałów jest wyznaczenie charakterystyki (naprężenie –

odkształcenie) , na podstawie której określa się: wartości naprężeń powodujących

zniszczenie materiału, wartości parametrów mechanicznych takich jak: granica sprężystości

lub plastyczności materiału oraz wartość pracy odkształcenia (energia odkształcenia próbki).

Próba ściskania jest niejako „odwróceniem” próby rozciągania - wykres ściskania

niektórych metali jest symetryczny do wykresu rozciągania w zakresie ujemnych naprężeń

i odkształceń – jego prostoliniowa część jest niemal równa, co do wielkości tej części przy

rozciąganiu. Taki stan, jeżeli pominie się wpływ zamocowania próbki, stanowi o istnieniu

jednoosiowego stanu naprężenia w próbce ściskanej jak i rozciąganej. Stąd też, wszystkie

wielkości mechaniczne wyznacza się podobnie jak przy próbie rozciągania z tym, że stan

odkształcenia próbki w obszarze sprężystym i plastycznym reprezentuje tu względne

skrócenie jednostkowe (1):

∆

(1)

gdzie:

L 0 - pierwotna długość pomiarowa próbki, która może pokrywać się z pierwotną wysokością próbki h 0 ,

L 1 - chwilowa długość pomiarowa próbki

Umowna granica sprężystości przy ściskaniu R e 0,01 jako naprężenie, po osiągnięciu,

którego długość pomiarowa próbki doznaje trwałego skrócenia równego 0,01% początkowej

długości pomiarowej (2):

, ,

(2)

gdzie:

P C 0,01 - siła obciążająca powodująca skrócenie próbki równe 0,01 % początkowej długości pomiarowej,

A 0 - pole powierzchni pierwotnego przekroju poprzecznego próbki.

Wyraźną granicą plastyczności przy ściskaniu R e nazywa się naprężenie, po

osiągnięciu którego następuje trwałe odkształcenie ściskanej próbki (3):

gdzie:

P C - siła odpowiadająca wyraźnej granicy plastyczności przy ściskaniu,

A 0 - pole powierzchni pierwotnego przekroju poprzecznego próbki .

L - bezwzględne skrócenie próbki, jak również względne rozszerzenie przekroju.

Dla metali nie wykazujących wyraźnej granicy plastyczności wyznacza się umowną

granicę plastyczności (4):

, ,

(4)

Wartość umownej granicy plastyczności przy ściskaniu R e 0,2 równa ilorazowi siły P C 0,2

która odpowiada trwałemu skróceniu próbki o 0,2 % początkowej długości pomiarowej i pola

powierzchni początkowego przekroju poprzecznego próbki.

Ponieważ próbki z materiału plastycznego nie ulegają zniszczeniu, najczęściej po

przekroczeniu granicy plastyczności próbę przerywa się. Natomiast próbki z materiałów

kruchych (żeliwo, kość) nie mają wyraźnej granicy plastyczności i podczas próby ulegają

zniszczeniu. W tym przypadku, granica plastyczności co do wartości zbliżona jest do

maksymalnej wartości naprężenia przy siły jaką przenosi próbka P c . Zatem naprężenie R m

otrzymane jako stosunek największej siły obciążającej P c , powodującej zniszczenie próbki, do

pola powierzchni pierwotnego przekroju poprzecznego nazywa się wytrzymałością na

ściskanie .

(5)

Przez zniszczenie rozumiemy albo złom, albo osiągnięcie odkształceń trwałych

niedopuszczalnie wielkich z punktu widzenia konstrukcji.

2. RODZAJE PRÓBEK

Wprawdzie oznaczenie wartości naprężeń przy rozciąganiu i ściskaniu różni je tylko

znakiem to jednak przeprowadzenie próby ściskania nastręcza porównaniu z próbą

rozciągania wiele trudności, a interpretacja jej wyników – wątpliwości [1].

Rysunek 2-1 Wyboczenie ściskanego pręta

Pręt ściskany musi mieć odpowiednie wymiary długości do przekroju, w przeciwnym

może dojść do wyboczenia (jest to stan, gdzie oprócz ściskania siłą P kr , powstaje również

zginanie pręta momentem Mg = P kr y, co może spowodować zniszczenie pręta nawet przy

niewielkim wzroście siły ściskającej) (Rys.2.1b). Zagadnieniu wyboczenia poświęcone zostaną

jedne z kolejnych zajęć laboratoryjnych.

Próba musi być tak przeprowadzona, aby uzyskać osiowe ściskanie, a płaszczyzny

ściskające próbę (uchwyty maszyny wytrzymałościowej) mogły ustawić się równolegle do

płaszczyzn podstaw próbki. Ściskając próbkę między płaskimi uchwytami, w przypadku

próbek z materiałów wysoko-odkształcalnych można zaobserwować, iż próbka zmienia

znacznie swój kształt (np. cylindrycznego na baryłkowaty (Rysunek 2-2).

W sąsiedztwie uchwytów poprzeczne wymiary próbki nie mogą się swobodnie

zwiększać. Wywierają tu wpływ siły tarcia na powierzchni styku próbki z uchwytami [1].

Wpływ ten powoduje, że wartość naprężeń nie odpowiada założeniom o jednostajnym

rozkładzie naprężeń w materiale. Aby tego uniknąć, należałoby część pomiarową odsunąć od

końców (uchwytów) zgodnie z zasadą de Saint-Venanta przynajmniej o 1,5 wymiaru

poprzecznego, a takie odsunięcie próbki spowodowałoby jej wydłużenie, co jest niewskazane

ze względu na wspomniane wyboczenie.

Rysunek 2-2 Zmiana kształtu próbki cylindrycznej w baryłkowatą po ściskaniu [1]

Przy zlikwidowaniu tarcia (również poprzez smarowanie powierzchni uchwytów) dla próbek

kruchych powstają złomy rozdzielcze równoległe do kierunku działania siły. Typy złomów dla

różnych tworzyw przedstawia rysunek 2-3 [3].

Rysunek 2-3 Typy złomów dla: a) metal plastyczny, b) metal małoplastyczny – złom

poślizgowy, c) metal kruchy przy smarowaniu płaszczyzn czołowych, d) beton –

wykruszenie się boków, e) drewno [3]

Zasada de Saint-Venanta

Rozważmy przypadek gdy mamy 3 jednakowe pręty ściskane obciążeniem równym co

do wartości sile P, lecz o różnej realizacji tego obciążenia (Rys 2-3). W pierwszym działanie

siły o wartości P rozkłada się równomiernie na całym przekroju, w drugim tylko na części,

a w trzecim przenosi się za pośrednictwem kulki, a więc rozkłada się na bardzo małą

powierzchnię i nierównomiernie. Zatem rozkłady naprężeń w sąsiedztwie obciążonej

powierzchni będą różniły się między sobą.

Rysunek 2-3 Rozkłady naprężeń w prętach obciążonych taką samą wartością siły P,

lecz realizowaną w inny sposób [1]

Wystarczy jednak przesunąć rozpatrywany przekrój nieco dalej (ok. 1,5d),

a zauważalnych różnic w poszczególnych rozkładach nie będzie i do wyznaczenia naprężeń

można stosować zależność

„Jeżeli na pewien niewielki obszar ciała sprężystego pozostającego w równowadze

działają kolejno rozmaicie rozmieszczone, ale statycznie równowarte obciążenia, to

w odległości od obszaru przewyższającej wyraźnie jego rozmiary powstają praktycznie

jednakowe stany naprężenia i odkształcenia” (Rys.2-3).

Rysunek 2-4 Charakterystyki naprężenie- odkształcenie uzyskane w rozciąganiu

i ściskaniu dla: A. żeliwa; B. betonu [1]

. Do tych wniosków doszedł de Saint-Venant (1855 rok),

formułując jedną z podstawowych zasad, którą przyjmujemy w obliczeniach konstrukcji,

zwaną również zasadą sprężystej równoważności:

Przydatność praktyczna tej zasady jest niewątpliwa, pozwala bowiem na pewne

idealizacje i uproszczenia w rozwiązywaniu konkretnych zadań. Próbę ściskania stosuje się do

celów technicznych do materiałów kruchych; jest to również konieczne ponieważ materiały

wykazują dużo większą wytrzymałość na ściskanie niż na rozciąganie (Rys. 2-4).

3. PRÓBA NA ŚCISKANIE RÓŻNYCH RODZAJÓW MATERIAŁÓW

Próba statyczna ściskania dla różnych tworzyw przebiega inaczej ze względu na

charakter odkształceń i zniszczenia. Charakterystyki naprężenie- odkształcenie uzyskane w

statycznej próbie na ściskanie dla różnych tworzyw przedstawiono na Rys. 3-1.

Rysunek 3-1 Typowe charakterystyki naprężenie - odkształcenie uzyskane różnych

typów materiałów [4]

Tabela 3-1 Normy dotyczące statycznej próby na ściskanie odnoszące się do różnych

materiałów konstrukcyjnych.

Rodzaj i nazwa normy

Przedmiot normy

Techniczna ceramika zaawansowana. Właściwości mechaniczne kompozytów

ceramicznych w wysokiej temperaturze, w atmosferze gazów obojętnych.

Oznaczanie właściwości przy ściskaniu.

PN-EN ISO 604:2006 Tworzywa sztuczne. Oznaczanie właściwości przy ściskaniu.

PN-EN ISO 604:2004 Tworzywa sztuczne. Oznaczanie właściwości podczas ściskania.

PN-EN ISO 7500-1:2002

Metale. Sprawdzanie statycznych jednoosiowych maszyn wytrzymałościowych.

Część 1: Maszyny wytrzymałościowe rozciągające/ściskające. Sprawdzanie

i kalibracja układu pomiarowego siły.

PN-EN 24506:1997

Węgliki spiekane. Próba ściskania.

PN-H-83119:1980

Żeliwo szare. Próba statyczna ściskania.

PN-D-04102:1979

Drewno. Oznaczanie wytrzymałości na ściskanie wzdłuż włókien.

PN-D-04229:1977

Drewno. Oznaczanie wytrzymałości na ściskanie w poprzek włókien.

PN-D-04115:1958

Fizyczne i mechaniczne własności drewna. Oznaczanie współczynnika

sprężystości przy ściskaniu wzdłuż włókien.

PN-H-04320:1957

Próba statyczna ściskania metali.

PN-EN 12290:2007

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: