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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 ...
抗壓強度
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以萬能材料試驗機測量抗壓強度
抗壓強度(英語:Compressivestrength)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]
它與抗拉強度、剪切強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(英語:universaltestingmachine)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。
目次
1簡介
2應用
3混凝土的抗壓強度
4例子
5另見
6參考
簡介[編輯]
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:
σ
=
E
ϵ
{\displaystyle\sigma=E\epsilon}
。
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強度。
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[編輯]
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:
σ
=
F
A
{\displaystyle\sigma={\frac{F}{A}}}
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:
σ
e
=
F
A
0
{\displaystyle\sigma_{e}={\frac{F}{A_{0}}}}
其工程應變的定義則為:
ϵ
e
=
l
−
l
0
l
0
{\displaystyle\epsilon_{e}={\frac{l-l_{0}}{l_{0}}}}
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
(
ϵ
e
∗
,
σ
e
∗
)
{\displaystyle(\epsilon_{e}^{*},\sigma_{e}^{*})}
,算式為:
σ
e
∗
=
F
∗
A
0
{\displaystyle\sigma_{e}^{*}={\frac{F^{*}}{A_{0}}}}
ϵ
e
∗
=
l
∗
−
l
0
l
0
{\displaystyle\epsilon_{e}^{*}={\frac{l^{*}-l_{0}}{l_{0}}}}
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[編輯]
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[編輯]
材料
Rs[MPa]
陶瓷
500
骨骼
150
混凝土
20-80
冰(0°C)
3
保麗龍
~1
另見[編輯]
強度
應力
紙箱堆碼試驗
參考[編輯]
^Varzinskas,Visvadas;JurgisKazimierasStaniškis,AlisLebedys,EdmundasKibirkštis,ValdasMiliūnas.LifeCycleAssessmentofCommonPlasticPackagingforReducingEnvironmentalImpactandMaterialConsumption.EnvironmentalResearch,EngineeringandManagement.2009,50(4):57–65[21September2012].(原始內容存檔於2016-03-04). 引文使用過時參數coauthors(幫助)
^NIST,LargeScaleStructureTestingFacility,[04-05-2010],(原始內容存檔於2010-06-05). 請檢查|access-date=中的日期值(幫助)
^Urbanek,T;Lee,Johnson.ColumnCompressionStrengthofTubularPackagingFormsMadeofPaper(PDF)34,6.JournalofTestingandEvaluation:31–40.[13May2014].(原始內容存檔(PDF)於2021-03-01).
^Ritter,mA;Oliva,9,DesignofLongitudinalStress-LaminatedDeckSuperstructures,TimberBridges:Design,Construction,Inspection,andMaintenance(PDF),USDeptofAgriculture,ForestProductsLaboratory,1990(2010)[13May2014],(原始內容存檔(PDF)於2021-03-05)
^What|How|CivilDigital|.2016-07-07[2016-09-20].(原始內容存檔於2017-09-26)(美國英語).
取自「https://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=抗壓強度&oldid=68054668」
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