Die Druckfestigkeit ist eine effektive Methode, um zu messen, wie viel Belastung eine Oberfläche oder ein Material tragen kann. Der Test für diese Art von Stärke wird durchgeführt, indem eine Kraft nach unten auf das Objekt ausgeübt wird, gepaart mit einer gleichen und entgegengesetzten Kraft, die nach oben auf den Boden ausgeübt wird. Mit anderen Worten, Sie quetschen es – und bestimmen dann mit einer einfachen mathematischen Formel die Druckbelastung, die es dauerte, bis das Material versagte.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Die Druckspannungsformel lautet:
CS = F ÷ A, wobei CS ist die Druckfestigkeit, F ist die Kraft oder Last am Versagenspunkt und EIN ist die anfängliche Querschnittsfläche.
Überlegungen zum Testen der Druckbelastung
Ein Druckfestigkeitstest erfordert genaue Messungen, daher muss der "Squashing"-Prozess eines Druckspannungstests durchgeführt werden unter sorgfältig kontrollierten Bedingungen, einschließlich der gleichen und entgegengesetzten Kräfte, die angewendet werden, um das Material von oben und von oben zu komprimieren Unterseite.
Aus diesem Grund und weil der Test bis zum Versagen oder zur dauerhaften Verformung durchgeführt wird, würden Sie eine tatsächliche Struktur nicht vor Ort testen; Stattdessen würden Sie eine kubische oder zylindrische Probe testen. Die Würfel- oder Zylinderform sorgt dafür, dass Sie oben und unten flache, parallele Oberflächen haben Probe, und beide Seiten sollten einen Querschnitt haben – d. h. im rechten Winkel zur vertikalen Achse des Probe.
Datenpunkte in der Druckspannungsformel
Sobald Sie Ihre Probe in der geeigneten Apparatur für Ihren wissenschaftlichen "Squashing"-Prozess eingerichtet haben, müssen Sie zwei Datenpunkte notieren. Die erste ist die Querschnittsfläche der Probe, die Sie durchqueren, oder anders ausgedrückt, die Oberfläche nur einer ihrer Seiten.
Der andere Datenpunkt, den Sie messen müssen, ist die Kraft, die auf Ihre Probe im Moment des Versagens ausgeübt wird. Sie wenden die Kraft langsam bis zum Versagen an, was normalerweise als dauerhafte Verformung definiert wird. Mit anderen Worten, eine Verformung, die nach Wegfall der Druckkraft nicht in ihre ursprüngliche Form zurückkehrt. Häufig erfolgt die „permanente Verformung“ beim Bruch des Objekts.
Tipps
Wenn Sie in den USA übliche Einheiten verwenden, messen Sie die Kraft in Pfund und die Fläche in Quadratzoll, sodass Ihr Ergebnis in der Standardeinheit psi oder Pfund pro Quadratzoll ist.
Berechnung der Druckfestigkeit
Sobald Sie diese Datenpunkte haben – ob Sie sie selbst im Labor gemessen oder in einer Textaufgabe erhalten haben – können Sie die Druckfestigkeit Ihres Objekts berechnen. Die Formel lautet:
CS = F ÷ A, wobei CS ist die Druckfestigkeit, F ist die Kraft oder Last am Versagenspunkt und EIN ist die anfängliche Querschnittsfläche.
Beispiel: Sie wurden gebeten, die Druckfestigkeit eines Betonzylinders zu berechnen. Die Querschnittsflächen des Zylinders messen jeweils 6 Zoll im Durchmesser, und der Zylinder versagte bei einer Kraft von 71.000 Pfund. Wie hoch ist die Druckfestigkeit dieser Betonprobe?
Sie können fortfahren und die Kraftmessung, 71.000 Pfund, in Ihre Gleichung einsetzen für F. Aber seien Sie nicht voreilig und stecken Sie 6 Zoll für die Querschnittsfläche ein, EIN. Sie haben den Durchmesser der Stirnfläche des Zylinders erhalten, aber was Sie brauchen, ist die Oberfläche dieser Fläche.
Um die Oberfläche zu berechnen, denken Sie daran, dass die Fläche eines Kreises πr. ist2, wo r ist der Radius des Kreises, der gleich 1/2 des Kreisdurchmessers ist. Bei einem Durchmesser von 6 Zoll beträgt der Radius Ihres Kreises also 3 Zoll und seine Fläche ist π(3)2 = 28,26 Zoll2.
Nun, da Sie diese Informationen haben, lautet Ihre Gleichung wie folgt:
CS = 71.000 Pfund ÷ 28,26 Zoll2 = 2.512 psi
Die Druckfestigkeit Ihrer Probe beträgt also 2,512 psi. Übrigens greift dies mit der Standarddruckfestigkeit von 2.500 psi von Beton für Wohnanwendungen ineinander; Beton für Gewerbebauten kann eine Druckfestigkeit von 4.000 psi oder mehr haben.
