Drukspanning: 5 belangrijke feiten

Wat is een compressiekracht?

De trek- en drukeigenschappen van het materiaal vertegenwoordigen de axiale belastingen langs de orthogonale assen. Belastingen die aan de systeemgrenzen worden uitgerekt, worden beschreven als trekbelastingen, terwijl belastingen die aan de systeemgrenzen worden samengedrukt, worden beschreven als drukbelastingen.

De van buitenaf uitgeoefende kracht op het lichaam vervormt het lichaam zodanig dat het lichaam in volume afneemt, en lengte wordt drukspanning genoemd.

Het is de herstelde spanning van het lichaam die vervormt wanneer deze wordt uitgeoefend op externe drukbelasting. Een toename van de drukspanning tot slanke, lange cilinders hebben de neiging structureel te falen als gevolg van het knikken van kolommen. Wanneer het materiaal de compressie niet kan weerstaan, treedt spanningsknik op.

drukstress
drukstress

Formule voor drukspanning:

De normale kracht wordt toegepast op de eenheidsoppervlakte.

\sigma =\frac{F}{A}

Waar,

Drukkracht (F): compressiekracht is de belasting die nodig is om het materiaal samen te drukken om het materiaal samen te voegen.

Druksterkte-eenheid:

De SI-eenheid ervan is dezelfde als de eenheid van de kracht ten opzichte van die van het gebied.

Het wordt dus weergegeven als N / m2 or Vader.

Afmeting van drukspanning:

De dimensie van drukspanning is [ML-1T-2].

Is drukspanning positief of negatief?

Antwoord: drukspanning is negatief aangezien deze wordt gecomprimeerd, aangezien de verandering in afmeting (dL) de tegenovergestelde richting heeft.

Zijn vloeigrens en druksterkte hetzelfde?

Antwoord: Nee, meegeven in spanning en compressie is niet hetzelfde. De waarde verandert afhankelijk van de toepasbaarheid.

Druksterkte:

Dit is het vermogen van het materiaal om de compressie te weerstaan ​​die optreedt als gevolg van drukspanning. Er zijn enkele materialen die de enige spanning kunnen weerstaan, sommige materialen kunnen de enige compressie weerstaan ​​en er zijn enkele materialen die zowel spanning als compressie kunnen weerstaan. De ultieme druksterkte is de waarde die wordt verkregen wanneer het materiaal zijn volledige mislukking doormaakt. De druktest wordt op dezelfde manier uitgevoerd als de trektest. Het enige verschil is dat de gebruikte belasting de compressieve belasting is.

De druksterkte is hoger in rots en beton.

Drukspanning van zacht staal | koolstofarm staal:

Materiaal dat grote spanningen ondergaat voordat het faalt, is ductiele materialen zoals milde staal in verschillende kleuren, aluminium en zijn legeringen. Broze materialen, wanneer ze drukspanning ondergaan, het optreden van breuk als gevolg van de plotselinge afgifte van de opgeslagen energie. Terwijl wanneer het ductiele materiaal drukspanning ondergaat, het materiaal zal samendrukken en vervorming plaatsvindt zonder enige storing.

Drukspanning en trekspanning | Drukspanning versus trekspanning

 DrukstressTrekspanning
Resultaten vanDrukspanningsgevolgen van het inknijpen van het materiaal.Trekspanningsresultaten van uitrekken van het materiaal
Duwen of trekkenTerwijl de drukspanning de druk is die door externe krachten aan het lichaam wordt gegeven om de vorm en grootte te veranderen.Trekspanning is de trekkracht die door externe krachten aan het lichaam wordt gegeven om de vorm en grootte te veranderen.
Compressie of verlengingDrukspanning wordt gegenereerd door externe drukkrachtTrekspanning wordt gegenereerd vanwege de uitrekkracht die bedoeld is om uit te rekken.
Toepassing op BarWanneer de staaf een drukspanning ondergaat, zijn de verrekkingen drukkend (negatief).Wanneer de staaf trekspanning ondergaat, zijn de verrekkingen trek (positief).

Drukspanning-rekcurve

Spanning-rek diagram: compressiespanning

Drukbelasting 1
Image credit: Wei SUN et al

Het spanning-rekdiagram voor compressie verschilt van spanning.

Onder compressietest is de spanning-rekcurve een rechte lijn tot een elastische limiet. Voorbij dat punt, een duidelijke bocht in de curve die het begin van plasticiteit weergeeft; het punt toont de samengestelde compressieve vloeispanning, die rechtstreeks verband houdt met de restspanning. De toename van de restspanning verhoogt de drukspanning.

Bij de compressietest is het lineaire gebied een elastisch gebied volgens de wet van Hooke. Daarom kan de regio worden weergegeven als,

E = Young's modulus

In dit gebied gedraagt ​​het materiaal zich elastisch en keert het terug naar zijn oorspronkelijke positie door het wegnemen van spanning.

Opbrengst punt:

Dit is het punt waar de elasticiteit eindigt en het plasticiteitsgebied begint. Dus, na het vloeipunt, zal het materiaal niet in zijn werkelijke vorm kunnen terugkeren na het verwijderen van spanning.

Het blijkt dat als kristallijn materiaal door compressie gaat, de spanning-rekcurve tegengesteld is aan trektoepassingen in het elastische gebied. De trek- en compressiekrommen variëren bij grotere vervormingen (spanningen) aangezien er compressie is bij het gecomprimeerde materiaal, en bij de spanning ondergaat het materiaal plastische vervorming.

Spanning-rek in spanning | trektest:

Regel OA: Proportionele limiet

Lijn OA vertegenwoordigt een proportionele limiet. De proportionele limiet is de limiet tot wanneer de spanning in verhouding staat tot de rek volgens de Hooks Law. Naarmate de spanning toeneemt, neemt de vervorming van het materiaal toe.

Punt A: elastische limiet:

Op dit punt is maximale spanning in een massief materiaal toegepast. Dit punt wordt elastische limiet genoemd. Het materiaal binnen de elastische limiet zal vervorming ondergaan en na spanningsverwijdering keert het materiaal terug naar zijn werkelijke positie.

Wat is de Elasto-plastic regio?

Elasto-plastic regio:

Het is het gebied tussen vloeigrens en elastische punt.

Punt B: bovenste vloeigrens

Plastische vervorming begint met verplaatsing van de kristallijne structuur. Deze verplaatsing wordt hoger na de bovenste vloeigrens, en het beperkt de beweging ervan, deze eigenschappen die bekend staan ​​als rekharden.

Punt C: lagere vloeigrens

Dit is het punt waarop de kenmerken zoals rekverharding beginnen. En er wordt opgemerkt dat voorbij de elastische limiet, de eigenschap zoals plastische vervorming optreedt.

Blijvende vervorming:

Bovenste vloeigrens:

Een punt waarop maximale belasting of spanning wordt uitgeoefend om plastische vervorming te initiëren.

De bovenste vloeigrens is onstabiel als gevolg van beweging van kristallijne dislocaties.

Lagere vloeigrens:

De limiet van min belasting of spanning essentieel om plastisch gedrag te behouden.

De lagere vloeigrens is stabiel aangezien er geen kristallijne beweging is.

Stress is de weerstand die het materiaal biedt wanneer het op een externe belasting wordt uitgeoefend, en rekverharding is een langzaam toenemende weerstand als gevolg van een toename van dislocaties in het materiaal.

Punt D: ultiem stresspunt

Het vertegenwoordigt het ultieme stresspunt. De maximale stress is bestand tegen de ultieme stress. Na de toename van de belasting treedt een storing op.

Punt E: breekpunt

Het vertegenwoordigt het breek- of breekpunt. Wanneer het materiaal een snelle vervorming ondergaat na het ultieme spanningspunt, leidt dit tot falen van het materiaal. Het is de maximale vervorming opgetreden in het materiaal.

Voorbeeldproblemen van drukstress | Toepassingen

  • Lucht- en ruimtevaart- en automobielindustrie: bedieningstests en veerproeven
  • Bouwsector: De bouwsector is rechtstreeks afhankelijk van de druksterkte van de materialen. De pilaar, de dakbedekking is gebouwd door middel van drukspanning.
  • Betonnen pilaar: In een betonnen pilaar wordt het materiaal samengedrukt door drukspanning.
  • Het materiaal is gecomprimeerd verlijmd, om zo falen van het gebouw te voorkomen. Het heeft een duurzame hoeveelheid gespannen opgeslagen energie.
  • Cosmetische industrie: verdichting van compact poeder, eyeliners, lippenbalsems, lippenstiften, oogschaduw wordt gemaakt door de drukspanning toe te passen.
  • Verpakkingsindustrie: kartonnen verpakkingen, gecomprimeerde flessen, PET-flessen.
  • Farmaceutische industrie: In de farmaceutische industrie wordt meestal drukspanning gebruikt.
  • Het breken, samenpersen en afbrokkelen gebeurt bij het maken van tabletten. De hardheid en druksterkte is een belangrijk onderdeel van de farmaceutische industrie.
  • Sportindustrie: cricketbal, tennisbal, basketbalbal worden gecomprimeerd om het moeilijker te maken.

Hoe drukspanning meten?

Druktest:

De druktest is het bepalen van het gedrag van een materiaal onder drukbelasting.

De compressietest wordt meestal gebruikt voor rots en beton. Compressietest geeft de spanning en vervorming van het materiaal weer. Het experimentele resultaat moet de theoretische bevindingen valideren.

Soorten compressietesten:

  • Buigtest
  • Lente test
  • Verpletterende test

Compressietest is om de integriteit en veiligheidsparameter van het materiaal te bepalen door drukspanning te verduren. Het biedt ook de veiligheid van afgewerkte producten, componenten en vervaardigde gereedschappen. Het bepaalt of het materiaal geschikt is voor het doel en dienovereenkomstig is vervaardigd.

De compressietests leveren gegevens op voor de volgende doeleinden:

  • Om de batchkwaliteit te meten
  • De consistentie in fabricage begrijpen
  • Om te helpen bij de ontwerpprocedure
  • Om de materiaalprijs te verlagen
  • Om internationale normenkwaliteit enz. Te waarborgen

De testmachine voor druksterkte:

Druktestmachines omvatten de metingen van materiaaleigenschappen zoals Young's modulus, ultieme compressiesterkte, vloeigrens, enz., Vandaar de algemene statische druksterkte-eigenschappen van materialen.

Het compressieapparaat is geconfigureerd voor meerdere toepassingen. Vanwege het ontwerp van de machine kan het trek-, cyclische, afschuif-, buigtests uitvoeren.

De compressietest wordt op dezelfde manier uitgevoerd als trektests. Alleen de belastingsvariatie treedt op in beide testen. Trektestmachines gebruiken trekbelastingen, terwijl druktestmachines drukbelastingen gebruiken.

Druksterkte van verschillende materialen:

· Druksterkte van beton: 17Mpa-27Mpa

· Druksterkte van staal: 25 MPa

· Granietdruksterkte: 70-130 MPa

· De druksterkte van cement: 11.5 - 17.5 MPa

· De samenpersende vloeigrens van aluminium: 280 MPa

Wat is de toegestane drukspanning voor staal?

Antwoord: De toelaatbare spanningen worden gewoonlijk gemeten aan de hand van structuurcodes van dat metaal, zoals staal en aluminium. Het wordt weergegeven door de fractie van zijn vloeispanning (sterkte)

Wat is de druksterkte van beton op verschillende leeftijden?

Het is de minimale compressie kracht was materieel in standaardtest van 28 dagen oude betonnen cilinder.

De metingen van de druksterkte van het beton vereisen ongeveer 28 tot 35 MPa na 28 dagen.

Druksterkte van beton:

13

Drukstressproblemen:

Probleem #1

Een stalen staaf met een diameter van 70 mm en een lengte van 3 m is omgeven door een schaal van gietijzer met een dikte van 7 mm. Bereken de drukbelasting voor gecombineerde staaf van 0.7 mm in de lengte van 3 m. (E.staal in verschillende kleuren = 200 GPa, en Egietijzer = 100 GPa.)

Oplossing:

δ=\frac{PL}{AE}

δ=δ gietijzer=δ staal in verschillende kleuren= 0.7 mm

δ gietijzer =\frac{Pcastiron(3000)}{\frac{\pi }{4}*{<em>100 000</em>}*{84^{2}-70^{2}}} = 0.7

P gietijzer = 50306.66 πN

δ staal= {\frac{Psteel(3000)}{\frac{\pi }{4}*{<em>200 000</em>}*{70^{2}}}= 0.7

P staal in verschillende kleuren= 57166.66πN

ΣFV=0

P= P gietijzer +P staal in verschillende kleuren

P= 50306.66π+ 57166.66π

P= 107473.32πN

P= 337.63 kN

Probleem #2:

Een standbeeld met een gewicht van 10KN rust op een plat oppervlak aan de bovenkant van een 6.0 meter hoge pilaar. De dwarsdoorsnede van de toren is 0.20 m2 en het is gemaakt van graniet met een massadichtheid van 2700 kg / m3​ Bereken drukspanning en rek bij de doorsnede 3 m lager respectievelijk vanaf de bovenkant van de toren en het topsegment.

oplossing:

Het volume van het torensegment met hoogte

H= 3.0m en dwarsdoorsnede A= 0.2m2 is

V = A * H = 0.3 * 0.2 = 0.6 m ^ 3

Dichtheid ρ= 2.7 × 10 ^ 3 kg / m3, (grafiet)

Massa van torensegment

m= V =(2.7×10^3 *0.60m3)=1.60×10^3 kg.

Het gewicht van het torensegment is

Wp = mg= (1.60 × 103 * 9.8) = 15.68KN.

Het gewicht van de sculptuur is

Ws = 10KN,

normaalkracht 3m onder het beeld,

F= wp  + ws  = (1.568 + 1.0) × 104N = 25.68KN.

Daarom wordt de spanning berekend door F/A

= 2.568 × 104 * 0.20

= 1.284 × 10 ^ 5 Pa = 128.4 kPa.

Y=4.5×10^10Pa = 4.5×10^7kPa.

Dus de drukbelasting berekend op die positie is

Y= 128.4 / 4.5 x 107

= 2.85 x 10-6.

Probleem #3:

Een stalen staaf met veranderlijke doorsnede wordt bedreigd door axiale kracht. Zoek de waarde van P voor evenwicht.

E = 2.1 * 10 ^5MPa. L1=1000mm, L2=1500mm, L3=800mm.A1=500mm2, A2 = 1000 mm2, A3 = 700 mm2.

p333

Uit evenwicht:

{\som Fx}= 0

+ 8000-10000 + P-5000 = 0

P = 7000N

Laat een bericht achter