Pevnost v tlaku je efektivní způsob, jak měřit, kolik zátěže unese povrch nebo materiál. Zkouška tohoto druhu síly se provádí působením síly směrem dolů na horní část předmětu, spárované se stejnou a opačnou silou působící nahoru na dno. Jinými slovy to rozmačknete - a poté pomocí jednoduchého matematického vzorce určíte tlakové zatížení, které trvalo před selháním materiálu.
TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)
Vzorec tlakového napětí je:
CS = F ÷ A, kde CS je pevnost v tlaku, F je síla nebo zatížení v bodě selhání a A je počáteční plocha průřezu.
Úvahy pro testování tlakového zatížení
Zkouška pevnosti v tlaku vyžaduje přesná měření, takže musí být proveden "stlačovací" proces tlakové zkoušky za pečlivě kontrolovaných podmínek, včetně stejných a protilehlých sil působících na stlačování materiálu jak z horní, tak z dno.
Z tohoto důvodu a protože se test provádí až do bodu selhání nebo trvalé deformace, byste netestovali skutečnou konstrukci in situ; místo toho byste vyzkoušeli kubický nebo válcový vzorek. Tvar krychle nebo válce zajišťuje, že budete mít ploché a rovnoběžné povrchy nahoře a dole vzorek a obě plochy by měly mít průřez - to znamená, že byly pořízeny v pravém úhlu k vertikální ose vzorek.
Datové body ve vzorci tlakového stresu
Jakmile budete mít svůj vzorek nastaven v příslušném přístroji pro váš vědecký proces „squashingu“, budete si muset všimnout dvou datových bodů. První je průřezová plocha vzorku, který překračujete, nebo, jinými slovy, povrchová plocha pouze jedné z jeho ploch.
Druhým datovým bodem, který budete muset měřit, je síla aplikovaná na váš vzorek v okamžiku, kdy selže. Sílu budete aplikovat pomalu až do selhání, což je obvykle definováno jako trvalá deformace. Jinými slovy, deformace, která se nevrátí do původního tvaru, jakmile je odstraněna tlaková síla. K „trvalé deformaci“ často dochází, když se objekt rozbije.
Tipy
Pokud používáte obvyklé jednotky v USA, změřte sílu v librách a plochu ve čtverečních palcích tak, aby váš výsledek byl ve standardní jednotce psi nebo librách na čtvereční palec.
Výpočet pevnosti v tlaku
Jakmile budete mít tyto datové body - ať už jste je měřili sami v laboratoři, nebo jste je přijali slovní úlohou - můžete vypočítat pevnost v tlaku vašeho objektu. Vzorec je:
CS = F ÷ A, kde CS je pevnost v tlaku, F je síla nebo zatížení v bodě selhání a A je počáteční plocha průřezu.
Příklad: Byli jste požádáni, abyste vypočítali pevnost v tlaku konkrétního válce. Každá plocha průřezu válce měří 6 palců napříč a válec selhal při síle 71 000 liber. Jaká je pevnost v tlaku tohoto vzorku betonu?
Můžete pokračovat a nahradit měření síly, 71 000 liber, do své rovnice pro F. Ale nebuďte ukvapení a zapojte 6 palců pro plochu průřezu, A. Dostali jste průměr čela válce, ale co potřebujete, je povrch tohoto čela.
Chcete-li vypočítat povrchovou plochu, nezapomeňte, že plocha kruhu je πr2, kde r je poloměr kruhu, který se rovná 1/2 průměru kruhu. Takže s průměrem 6 palců je poloměr vašeho kruhu 3 palce a jeho plocha je π (3)2 = 28,26 palce2.
Nyní, když máte tyto informace, vaše rovnice zní takto:
CS = 71 000 liber ÷ 28,26 palce2 = 2 512 psi
Takže pevnost v tlaku vašeho vzorku je 2 512 psi. Mimochodem, toto zapadá do standardní pevnosti betonu v tlaku 2 500 psi pro obytné aplikace; beton pro komerční stavby může mít pevnost v tlaku 4 000 psi nebo více.