Сопромат задачи на сжатие растяжение: Задачи на растяжение-сжатие

Содержание

Лекция 1. Задачи и метод сопротивления материалов. Растяжение и сжатие.

Лекция 1. Задачи и метод сопротивления материалов. Растяжение и сжатие.
Основные формы элементов конструкций
Основные виды деформаций.
Основные гипотезы науки о сопротивлении материалов.
Напряжение
Растяжение и сжатие
Нормальные напряжения
Испытания механических свойств материалов
Деформации при растяжении (сжатии).

Страница 8 из 9

Испытания механических свойств материалов

Для определения опасных напряжений необходимо провести испытания образцов материала на растяжение и сжатие (более подробно эта тема рассмотрена в методических указаниях к лабораторным работам по сопротивлению материалов (1 часть)»

Испытания материалов на растяжение (сжатие) заключается в построении кривых зависимостей между величиной удлинения (укорочения) и величиной силы , которая вызвала данное удлинение (укорочение).

От диаграммы растяжения в координатах и можно, разделив все ординаты на площадь поперечного сечения образца , а абсциссы на первоначальную длину образца , перейти к диаграмме в координатах и , где:

— нормальное напряжение в поперечном сечении образца;

— относительное удлинение

Диаграмма — более удобна и лучше отражает физические свойства материала, так как она не зависит от геометрических размеров испытываемого образца.

Рассмотрим характерные точки диаграммы — растяжения малоуглеродистой стали (рис. 12, кривая 1), которые характеризуют прочность исследуемого материала. Данная диаграмма называется диаграммой условных напряжений, так как напряжения определяются отношением силы на первоначальную площадь поперечного сечения.

Диаграмма истинных напряжений (рис. 12, кривая 2) в диапазоне напряжений, соответствующих характеристикам прочности, мало отличается от диаграммы условных напряжений, поэтому на практике используют диаграммы условных напряжений.

Рис. 12 Диаграммы растяжения в координатах — .

До определенного значения напряжения имеет место линейная зависимость между величинами относительного удлинения и напряжения . Материал в данном случае подчиняется закону Гука — закону пропорциональности нагрузки и деформации.

где коэффициент пропорциональности — модуль продольной упругости(модуль Юнга), величина которого постоянна для каждого материала. Он характеризует жесткость материала, т.е. способность сопротивляться деформированию под действием внешней нагрузки..

Максимальное напряжение , до которого материал подчиняется закону Гука, называется пределом пропорциональности

Выше предела пропорциональности наблюдается нелинейная зависимость напряжения от относительной деформации.

До какого то значения напряжения после снятия нагрузки материал все еще не имеет остаточных деформаций.

Наибольшее напряжение , до которого остаточная деформация при разгрузке не обнаруживается, называется пределом упругости.

Предел упругости является характеристикой, не связанной с законом Гука. Предел упругости может иметь значение как выше, так и ниже значения предела пропорциональности. Эти напряжения близки друг к другу и обычно различием между ними пренебрегают.

При каком то значении напряжения удлинение образца растет при практически постоянном значении растягивающей силы. Такой процесс деформации называется текучестью материала.

Наименьшее напряжение , при котором деформация образца происходит при постоянном растягивающем усилии, называется пределом текучести.

Для металлов, не имеющих площадки текучести, предел текучести определяют условно как напряжение, при котором остаточная деформация составляет 0,2 %.

После стадии текучести материал вновь приобретает способность увеличивать сопротивление дальнейшей деформации.

Напряжение, соответствующее максимальной нагрузке , которую может воспринимать образец, называется пределом прочности или временным сопротивлением.

После достижения максимального усилия при дальнейшем растяжении образца деформация происходит, главным образом, на небольшой длине образца. Это ведет к образованию местного сужения в виде шейки и к падению силы (рис. 12. кривая 1), несмотря на то, что истинное напряжение в сечении шейки непрерывно растет (рис. 12. кривая 2).

Полное удлинение, полученное образцом перед разрушением, уменьшится после разрыва, так как в частях образца исчезнут упругие деформации.

Отношение в процентах приращения расчетной длины образца после разрыва к его первоначальной длине , называется относительным остаточным удлинением :

Отношение в процентах абсолютного уменьшения площади поперечного сечения в шейке к первоначальной площади , называется относительным остаточным сужением.:

Относительное остаточное удлинение и относительное остаточное сужение являются характеристиками пластичности материала.

Испытание на сжатие, несмотря на простоту, проводят реже, так как модуль упругости , предел упругости и предел текучести при сжатии примерно те же, что и при растяжении.

Испытанию на сжатие подвергают главным образом хрупкие материалы, которые, как правило, лучше сопротивляются сжатию, чем растяжению, и применяются для изготовления элементов, работающих на сжатие.

Подробное описание испытания на сжатие описано в методических указаниях к лабораторным работам по дисциплине «Сопротивление материалов» (первая часть).

Сила как самое слабое звено — Урок

Quick Look

Уровень: 8 (7-9)

Необходимое время: 45 минут

Зависимость урока: Нет

предметных областей: Физические науки, физика

TE Информационный бюллетень

Краткое содержание

Чтобы представить два типа напряжений, которым подвергаются материалы — сжатие и растяжение — учащиеся изучают силы сжатия и растяжения и узнают о мостах и небоскребах.

В связанном упражнении они строят свою собственную строительную конструкцию, используя зефир и спагетти, чтобы увидеть, какая конструкция может выдержать наибольший вес. В связанной деятельности по обучению грамоте учащиеся изучают психологические концепции стресса и управления стрессом, а также выполняют письменное задание.

Эта учебная программа по инженерному делу соответствует научным стандартам следующего поколения (NGSS).

Инженерное подключение

Инженеры учитывают силы растяжения и сжатия при проектировании здания или конструкции для нашей повседневной безопасности, комфорта и удобства. К искусственным сооружениям относятся дома, небоскребы, метро, мосты, туннели и плотины, а также такие продукты, как ручки, канаты для прыжков с тарзанки, стиральные машины, инвалидные кресла, луноходы, протезы ног или книжные полки, и это лишь некоторые из них. Инженеры используют сложные математические модели для прогнозирования ожидаемых нагрузок на эти конструкции и изделия. Они определяют подходящие материальные компоненты для поддержки ожидаемых сил.

Цели обучения

После этого урока учащиеся должны уметь:

Знайте, что силы сжатия и растяжения являются важными факторами при строительстве строительных конструкций.
Скажите, что конструкция здания определяет вес, который может выдержать здание.
Объясните, почему одни материалы хорошо противостоят силам растяжения, а другие хорошо противостоят силам сжатия.
Осознайте, что здания рушатся, когда инженеры не используют конструкции и материалы, достаточно прочные, чтобы выдерживать силы сжатия и растяжения.

Образовательные стандарты

Каждый урок или занятие TeachEngineering связано с одной или несколькими науками K-12, технологические, инженерные или математические (STEM) образовательные стандарты.
Все более 100 000 стандартов K-12 STEM описаны в TeachEngineering собираются, поддерживаются и упаковываются Сеть стандартов достижений (ASN) , проект D2L (www.achievementstandards.org).
В ASN стандарты структурированы иерархически: сначала по источнику; напр. , по штатам; внутри источника по типу; напр. , естествознание или математика; внутри типа по подтипу, затем по классам, и т.д. .
NGSS: научные стандарты следующего поколения — наука
Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии — Технология
ГОСТ
Предложите выравнивание, не указанное выше
Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?
Подписаться
Подпишитесь на нашу рассылку новостей, чтобы получать внутреннюю информацию обо всем, что связано с TeachEngineering, например, о новых функциях сайта, обновлениях учебных программ, выпусках видео и многом другом!
PS: Мы никому не передаем личную информацию и электронные письма.
Больше учебных программ, подобных этому
Урок средней школы
Довольно фундаментальные факты о силах и структурах
Студенты знакомятся с пятью основными нагрузками: сжатие, растяжение, сдвиг, изгиб и кручение. Они узнают о различных видах напряжения, которое каждая сила оказывает на объекты.
Довольно фундаментальные факты о силах и структурах
Урок средней школы
Под напряжением и деформацией
Студенты знакомятся с понятиями стресса и напряжения на примерах, иллюстрирующих характеристики и важность этих сил в нашей повседневной жизни. Они исследуют факторы, влияющие на напряжение, почему инженеры должны знать об этом, и способы, которыми инженеры описывают прочность материи. ..
Стресс и напряжение
Урок средней школы
Проектирование мостов
Учащиеся узнают о типах возможных нагрузок, о том, как рассчитать комбинации предельных нагрузок, и исследуют различные размеры балок (ферм) и колонн (опор) простой конструкции моста. Кроме того, они изучают шаги, которые инженеры используют для проектирования мостов.
Проектирование мостов
Урок средней школы
Преодоление пробелов
Студентам представлена краткая история мостов, поскольку они узнают о трех основных типах мостов: балочных, арочных и подвесных. Они знакомятся с двумя естественными силами — растяжением и сжатием — общими для всех мостов и конструкций.
Преодоление пробелов
Введение/Мотивация
Оглянитесь вокруг… что вы видите? Структуры, структуры, везде! От ручки в вашей руке до здания, в котором вы находитесь, вы окружены конструкциями всех форм и размеров. Каким был бы мир без структур? Структуры включают в себя здания, дома, мосты, туннели и плотины — даже у растений и животных есть структура! Инженеры, архитекторы и другие специалисты проектируют конструкции, которые строятся для нашей повседневной безопасности, комфорта и удобства.
На протяжении многих лет люди строили удивительные города и изобретательные транспортные пути для путешествий между городами и континентами. Например, изобретение туннелей означает, что нам больше не нужно обходить огромные горы — мы можем пройти прямо сквозь них! Мы строим мосты, которые переправят нас с одного берега огромной реки на другой. Изобретение плотин позволило хранить огромное количество воды, чтобы обеспечить постоянное снабжение наших домов и уменьшить вероятность наводнения.
Эти современные конструкции стали возможными благодаря командам архитекторов, инженеров-строителей и инженеров-механиков. Наша повседневная жизнь зависит от качества конструкций, которые они проектируют. Мы воспринимаем нашу безопасность как должное, но что, если мост рухнет, пока мы переходим его? Или что, если бы мы были на 30-м этаже небоскреба, и он пошатнулся и рухнул на землю? Что, если обрушился второй этаж нашего дома? Представьте, что вы путешествуете по тоннелю в горах, когда обрушилась крыша? Жизнь была бы более рискованной без тщательно спроектированных и построенных структур.
Предыстория урока и концепции для учителей
Силы растяжения и сжатия
Два ключевых типа сил, участвующих в строительстве любой конструкции, это растяжение и сжатие . Каждый материал способен выдерживать определенное растяжение и определенное сжатие. Сила натяжения – это сила, которая разрывает материалы. Сила сжатия – это сила, которая сжимает материал. Некоторые материалы лучше выдерживают сжатие, некоторые лучше сопротивляются растяжению, а другие хорошо использовать, когда присутствуют как сжатие, так и растяжение. Например, если вы потянете за прочную веревку, она может выдержать большое натяжение. Если вы нажмете на веревку, она не сможет хорошо сопротивляться сжатию и просто прогнется. Зефир является примером материала, который легко сжимается, но при большом натяжении разрывается на части. Из этих примеров ясно, что материалы могут изгибаться или растягиваться под действием сжимающей или растягивающей силы. Обратитесь к соответствующему упражнению «Падающая башня из макарон», чтобы учащиеся проиллюстрировали эти силы, строя свои собственные конструкции из спагетти и зефира.
Напряжение при изгибе
Когда два человека сидят на качелях, испытывает ли металлический стержень между двумя сиденьями сжимающее или растягивающее напряжение? Это вопрос с подвохом! «Брусок при изгибе» испытывает как сжимающие, так и растягивающие напряжения! Чтобы визуализировать это, возьмите книгу в мягкой обложке и согните ее (см. рис. 1). Когда вы делаете это, материалы книги «хотят» вернуться в свое нормальное состояние покоя, поэтому кажется, что верхние страницы пытаются сжать ваши пальцы вместе, потому что они находятся в напряжении, а нижние страницы раздвигают ваши пальцы, потому что они находятся в напряжении. сжатие. Изгибаемая книга испытывает сжимающие и растягивающие напряжения, точно так же, как гнутые качели!
Рис. 1. Демонстрация с использованием телефонной книги иллюстрирует растягивающие и сжимающие напряжения из-за изгиба; верхние страницы растягиваются (натяжение), а нижние сжимаются (сжатие).
Copyright
Copyright © Chris Yakacki, Программа и лаборатория ITL, Колорадский университет в Боулдере, 2003.
При изгибе книги наибольшие растягивающие и сжимающие напряжения возникают на наружных оболочках; направление этих сил показано красными стрелками на рисунке 1. нейтральная ось или слой проходит по середине книги между красными стрелками, как если бы это была средняя страница в книге. Удивительно, но эта ось испытывает нулевые напряжения при изгибе! Это имеет практическое применение. Например, если вам когда-нибудь понадобится просверлить отверстие в опорной балке, вроде тех, что расположены вдоль потолка в вашем подвале, просверлите отверстие в центре балки, где нет напряжений (см. рис. 2).
Рис. 2. Диаграмма, показывающая влияние тяжелого веса на балку. Балка испытывает растяжение и сжатие. Если вес слишком большой, балка сломается!
Copyright
Copyright © Chris Yakacki, Программа и лаборатория ITL, Колорадский университет в Боулдере, 2004.
На рисунке 2 показано воздействие на балку, когда на нее помещается тяжелый груз, вызывающий как растяжение, так и сжатие балки. Вес вызывает сжатие верхней части балки, когда она сжимается, и вызывает растягивающее напряжение на нижней стороне балки, где она растягивается. Балка укорачивается вверху из-за сжатия и удлиняется внизу из-за растяжения. Имея это в виду, что произойдет, если на балку будет помещен еще более тяжелый вес? В этом случае силы будут оказывать большее растяжение и сжатие на балку, и если силы будут слишком велики, материал не выдержит напряжения и сломается пополам.
Силы растяжения и сжатия важно учитывать при проектировании здания или сооружения. Если мы построим мост из материалов, которые недостаточно прочны, чтобы выдерживать сжатие и растяжение, которые вызывают автомобили, когда они едут по нему, мост может рухнуть! Все строения должны выдерживать силы, действующие на них, иначе они не устоят. Большая часть науки, дизайна и инженерии уходит на прогнозирование видов нагрузок, с которыми может столкнуться конструкция (например, ветер, снег, вес ванны, полной воды и т. д.). Например, дома и мосты, построенные в Калифорнии, должны быть спроектированы таким образом, чтобы выдерживать землетрясения.
Материалы и размер
Некоторые материалы ломаются при нагрузке. Эти материалы, такие как лед, хрупкие. Смогли бы вы безопасно перейти реку, когда она только что замерзла? Вероятно, нет, потому что слой льда тонкий и, скорее всего, треснет. Поскольку лед хрупкий, тонкий слой не сможет противостоять сжатию и натяжению, вызванным вашим весом и движением. Но что, если вы перейдете реку, когда лед станет толщиной в полметра? В этот момент лед способен сопротивляться растяжению и сжатию, хотя он все еще хрупок. Прочность конструкции зависит как от материала, из которого она изготовлена, так и от размера. Эти концепции свойств материала и размера учитываются при строительстве мостов для проезда транспортных средств. Например, в висячих мостах, таких как мост Золотые Ворота в Сан-Франциско, используется стальная проволока, свернутая вместе, чтобы сделать ее настолько прочной, что диаметр всего в 1 см достаточно силен, чтобы выдержать 8000 кг веса (два взрослых слона)!
Небоскребы и деревья
Как вы думаете, почему люди проектируют и строят огромные высокие здания? Небоскребы позволяют разместить множество предприятий на очень небольшом участке земли. Небоскребы способствуют экономическому росту и расширению, потому что в каждом городе может разместиться значительно больше отраслей и предприятий. Но опасны ли здания высотой 700-1100 футов? Ветер дует опасно сильно против них? Они много весят? Почему небоскребы не падают на землю при всей приложенной к ним силе? Небоскребы созданы для того, чтобы работать как деревья. Представьте себе гигантское дерево, похожее на красное дерево, которое может достигать более 350 футов в высоту. Что заставляет это огромное дерево стоять сотни лет? У него есть корни! Корни деревьев глубоко укоренены в земле, веерообразно расходятся вокруг ствола, обеспечивая поддержку и прочную основу. Когда ветер дует на дерево, оно гнется, как бревно с грузом на нем. Как и балка, ствол дерева также должен выдерживать большое сжатие и растяжение.
Небоскребы могут стоять, потому что они состоят из таких частей, как корни и ствол дерева. В небоскребах эти части называются фундаментом и каркасом. Перед тем, как построить небоскреб, глубоко в земле делаются огромные раскопки, где закладывается фундамент. Например, 452-метровая (1483 фута, 88 этажей) башня Петронас в Куала-Лумпуре, Малайзия, имеет фундамент, который простирается на 400 футов вглубь земли! Стальной каркас небоскреба является важным компонентом, потому что сталь может выдерживать большие нагрузки как на растяжение, так и на сжатие (больше, чем бетон, который крепок на сжатие, но слаб на растяжение). Чем выше здание, тем важнее думать о силах, таких как ветер, которые могут на него давить. Высокие здания могут раскачиваться ветром гораздо сильнее, чем более низкие здания! Ветер может воздействовать на здание с большой силой, поэтому здания должны быть построены достаточно прочными, чтобы противостоять большим силам. Самые ранние высокие здания были построены с очень толстыми внешними стенами и небольшим количеством окон. В более новых конструкциях инженеры помещают сплошное ядро в середину высоких зданий, чтобы добавить прочности. Например, во внутреннем ядре часто можно найти туалеты, лифты и другие тяжелые конструкции, которые служат для придания прочности высотным зданиям. С помощью этой конструкции инженеры могут использовать более легкие наружные стены и предоставить жильцам гораздо больше окон.
Инженеры используют сложные математические модели для прогнозирования нагрузок на всевозможные конструкции. Понимание растяжения и сжатия имеет основополагающее значение для прогнозирования того, как конструкции могут устоять или упасть из-за сил! Студенты могут узнать больше о том, как инженеры справляются с такими сложными задачами, с помощью связанного мероприятия Stress, Inc. , где они узнают, как восприятие служит топливом для многомиллиардной отрасли, посвященной минимизации рисков и снятию стресса.
Связанные виды деятельности
Закрытие урока
Предложите учащимся обсудить различные строительные материалы и сделать предположения о том, подходят ли они для растяжения, сжатия или того и другого. Попросите учащихся привести примеры условий, которые могут вызвать нагрузку на конструкцию? (Примеры: вес, люди, ветер, вода, землетрясения, снег, автомобили и т. д.) Нужно ли проектировать разные конструкции, чтобы выдерживать разные виды нагрузок? (Ответ: Да.) Приведите примеры конструкций, которые специально спроектированы так, чтобы противостоять определенным видам сил? (Ответ: Мосты для веса, перемещающегося по конструкции, небоскребы для сил, действующих на стороны конструкции, таких как ветер.) Почему инженеры важны при создании конструкций? Какие роли они играют? (Ответ: Инженеры используют сложные математические модели для прогнозирования нагрузок на все виды конструкций. Они проектируют конструкции с учетом нашей повседневной безопасности, комфорта и удобства. Инженеры могут участвовать во всех этапах проектирования, строительства и обслуживания объекта. структура.)
Словарь/Определения
изгиб: сочетание сил, при котором одна часть материала сжимается, а другая часть растягивается.
сжатие: Сила, сжимающая материал.
нейтральная ось: воображаемая плоскость, проходящая через середину изгибаемого материала, в которой не возникает напряжения.
натяжение: сила, которая разрывает материал на части.
Оценка
Оценка перед уроком
Вопрос для обсуждения: Запрашивайте, объединяйте и обобщайте ответы учащихся.
Что происходит с материалом, из которого сделан стол, когда на него кладут книгу? (Ответ: Он немного сгибается.) Что произойдет, если вы положите на стол очень тяжелый груз? (Ответ: Стол сломался бы. ) Что происходит с материалом, из которого сделана дорога, когда автомобиль проезжает по мосту? (Ответ: Он тоже немного гнется). Как вы думаете, что должны учитывать инженеры, когда предлагают, какие материалы лучше всего подходят для определенной конструкции? (Ответы: Прочность материалов, виды сил, действующих на конструкцию и т.д.)
Оценка после внедрения
Голосование: Задайте вопрос «верно/неверно» и предложите учащимся проголосовать, подняв большой палец вверх за ответ «правда» и опустив палец за ответ «ложь». Подсчитайте голоса и запишите итоги на доске. Дайте правильный ответ.
Верно или неверно: Туннели являются примером конструкции. (Ответ: Верно. Строения можно строить как под землей, так и над землей.)
Верно или неверно: растения и животные имеют структуру! (Ответ: Верно. Структуры включают в себя все здания, дома, мосты, туннели, плотины, растения и животных.)
Верно или неверно: плотины значительно увеличивают вероятность затопления. (Ответ: Неверно. Плотины — это конструкции, предназначенные для снижения вероятности затопления.)
Правда или ложь: жизнь была бы более рискованной без тщательно спроектированных и построенных сооружений. (Ответ: Верно. Конструкции, построенные без тщательного учета приложенных к ним напряжений и сил, могут разрушиться и, возможно, причинить вред людям, животным или окружающей среде.)
Итоги урока Оценка
Групповой проект/презентация: Работая в группах, предложите учащимся выбрать строение, которое они видели раньше, например конкретное здание, туннель, плотину или мост, и записать его на листе бумаги. Затем попросите их описать свою структуру с помощью эскиза, обозначив используемые материалы. Попросите их объяснить, где силы растяжения и сжатия воздействуют на конструкцию; рисование стрелок может помочь. Попросите их поделиться идеями о том, как можно улучшить их конструкцию, например, в отношении ее формы или материалов, использованных для ее изготовления. Наконец, попросите студенческие команды представить свои идеи классу.
Расширение урока
Если класс не выполнил упражнение «Разрушение балок» в главе «Механика», урок 7, проведите его в качестве отличного дополнения к этому уроку сжатия и растяжения. Если класс сконструировал и испытал глиняные балки Sculpey в ходе этого занятия, попросите их обсудить, как напряжение и деформация в результате этого занятия связаны с напряжениями сжатия и растяжения, обсуждаемыми в этом уроке.
Class Design Thinking Challenge: Попросите учащихся подумать о вещах, которые они используют в повседневной жизни и которые сломались из-за сжимающих и/или растягивающих нагрузок. Некоторые из них могут оказаться неприменимыми, поэтому, по усмотрению учителя, выберите три или четыре лучших и запишите их на доске или в другом месте, где их может увидеть класс. Затем предложите учащимся (в парах) подумать о том, почему эти объекты не выдержали нагрузки, и изменить дизайн объекта (или создать новый объект, выполняющий ту же функцию), который, скорее всего, не сломается. Студенты могут использовать Интернет для изучения альтернативных материалов и структур.
Предложите учащимся конкретно рассмотреть следующее в письменном отчете:
Что должен уметь делать этот объект?
Что такого было в исходном объекте, что делало его недостаточно прочным? Возможно, им потребуется взять интервью у человека, который привел пример.
Предоставьте подробное описание вашего нового дизайна.
Как ваш новый дизайн соответствует научным концепциям напряжений сжатия и растяжения?
Представьте, что вы построили несколько прототипов этой новой идеи. Объясните, как вы будете проходить научное тестирование, чтобы определить, какой прототип работает лучше всего.
Проведите обсуждение результатов и предложите учащимся сдать отчет на следующем занятии.
Рекомендации
Building Big, Wonders of the World, Golden Gate Bridge, февраль 2004 г. : http://www.pbs.org/wgbh/buildingbig/wonder/structure/golden_gate.html
Маколей, Дэвид. Здание Большое. Бостон, Массачусетс: Компания Houghton Mifflin, 2000.
.
Маллой, Бетси. Факты о мосте Золотые Ворота, Калифорния для посетителей. О, Inc., The New York Times Company. По состоянию на 12 сентября 2006 г. http://gocalifornia.about.com/cs/sanfrancisco/a/ggbridge_3.htm
Structures and Bridges, infoplease, февраль 2004 г., по адресу: http://www.infoplease.com/ipa/A0001326.html.
Авторские права
© 2004 Регенты Колорадского университета.
Авторы
Крис Якаки; Бен Хивнер; Малинда Шефер Зарске; Дениз Карлсон
Программа поддержки
Комплексная программа преподавания и обучения, Инженерный колледж Колорадского университета в Боулдере
Благодарности
Содержание этой учебной программы цифровой библиотеки было разработано в рамках гранта Фонда улучшения послесреднего образования (FIPSE), Министерства образования США и Национального научного фонда, грант GK-12 №. 0338326. Однако это содержание не обязательно отражает политику Министерства образования или Национального научного фонда, и вы не должны исходить из того, что оно одобрено федеральным правительством.
Последнее изменение: 5 декабря 2021 г.
Что такое прочность на сжатие и почему это важно?
Вы когда-нибудь смотрели на колонну или фундамент моста и задавались вопросом, как инженеры, которые построили его, могли быть уверены, что вес выдержит?
Это не волшебство и не догадки. Понимая, как различные силы воздействуют на конструкции и материалы, вы сможете безопасно планировать свой следующий проект, не беспокоясь о том, рухнет он или нет.
Что такое прочность на сжатие?
На протяжении всего проекта вы будете использовать разные материалы для разных задач. Песчаник, кирпич, бетон, сталь… Но когда вы решаете, какой материал использовать, важно понимать, что каждый из них обладает разными качествами. Одним из которых является прочность на сжатие.
Все материалы могут выдерживать определенное сжатие (сила, которая пытается сжать вещи вместе). Прочность на сжатие относится к величине давления, которое может выдержать материал, прежде чем он начнет разрушаться на молекулярном уровне. То есть, какой силе материал может сопротивляться до того, как его размер уменьшится и материал треснет или сломается.
Работаете ли вы над системами туннелей, мостами или жилыми домами, крайне важно иметь представление о прочности на сжатие и о том, как она влияет на конструкцию, которую вы строите. Таким образом, вы сможете избежать возможных бедствий (не говоря уже о европейских достопримечательностях, которые могли быть построены на песке и ракушках, а могли и не быть).
Зачем он нужен в машиностроении?
С течением времени здания и другие конструкции подвергаются ряду внутренних и внешних нагрузок, которые пытаются вдавить их в землю или в более прочные материалы. Из-за этого вам необходимо знать прочность материалов, которые вы планируете использовать, и насколько они устойчивы.
Эти нагрузки обычно делятся на три основные категории:
Постоянные нагрузки
Это вес самой конструкции. Кирпичи, трубопроводы, дерево и т. д.
Живой груз
Подумайте о людях, посещающих здание, о предметах или транспортных средствах, которые проходят сквозь конструкцию или над ней, а также обо всем, что не закреплено и предназначено для перемещения.
Нагрузки от окружающей среды
Природные явления, такие как погода. Их можно разбить на целый ряд подкатегорий, но типичные соображения включают ветер, дождь, снег и даже землетрясения.
Если вы хотите узнать больше о каждой из этих подкатегорий, посетите этот блог на сайте constrofacilitaor.com
Как измерить прочность на сжатие
Все материалы могут быть испытаны на прочность на сжатие, если это сделано правильно и строго и научно. Кусочки испытуемых материалов помещаются в машину в форме куба, призмы или цилиндра. Машина постепенно увеличивает давление до тех пор, пока испытуемый материал не выйдет из строя и не треснет.
Прочность на сжатие затем рассчитывается по приведенной ниже формуле и обычно представляется в PSI (фунты на квадратный дюйм).
F = P/A
F= Прочность на сжатие
P= Максимальная нагрузка до разрушения (обычно измеряется в ньютонах или фунтах)
A= Поперечное сечение площади, которая сопротивляется нагрузке
Маловероятно, что вам когда-нибудь понадобится проверять прочность материала самостоятельно, но если вы хотите узнать больше, рекомендуем прочитать эту статью на britannica.com.
Характеристическая прочность на сжатие
Другой термин, с которым вы можете столкнуться при обсуждении прочности различных строительных материалов, — это Характеристическая прочность на сжатие.
Думайте об этом как о системе оценок. Это рейтинг, присваиваемый материалам, которые были протестированы (как упоминалось выше) и где максимум 5% испытательных образцов не прошли испытания. То есть, если бы вы испытали 100 кусков бетона и 95 из них выдержали бы 5000 фунтов на квадратный дюйм, прежде чем разрушиться, характеристическая прочность на сжатие составила бы 5000 фунтов на квадратный дюйм.
Другие силы, которые следует учитывать
К сожалению, сжатие — не единственное, что влияет на конструкции, над которыми вы работаете. Различные типы «нагрузок» (упомянутые выше) будут тестировать материалы, которые вы используете, различными способами. Со временем они будут сжиматься, тянуться, скручиваться и толкаться. По этой причине вам также следует знать о следующих силах и о том, как они себя ведут.
Натяжение: Растягивание и растяжение в противоположных направлениях
Скручивание: Вызывает скручивание
Сдвиг: Одновременный толчок в противоположных направлениях
Изгиб: Одновременное растяжение и сжатие
S
прочность обычных материалов
немного зависит от качества. При принятии решения о том, какой материал использовать, вам необходимо учитывать доступные варианты качества, а также сам продукт.
В приведенной ниже таблице приведены приблизительные значения прочности различных материалов.
Источник: https://www.engineeringtoolbox.com/compression-tension-strength-d_1352.html
Прочность бетона на сжатие
В строительстве бетон считается самым важным материалом для проверки прочности на сжатие.
Первая причина этого заключается в том, что в то время как многие материалы обладают сопротивлением ряду сил, бетон имеет только высокое сопротивление сжатию. Например, прочность стали на сжатие равна ее прочности на растяжение. Но бетон значительно менее устойчив к растяжению, чем к сжатию. Именно по этой причине бетон часто армируют арматурой.
Вторая причина заключается в том, что прочность бетона на сжатие будет сильно различаться в зависимости от метода, используемого для его отверждения. При отверждении с оптимальным количеством влаги бетон быстрее достигает требуемой прочности на сжатие; его окончательная прочность также будет выше, чем если бы его оставляли для отверждения на открытом воздухе.