Tryckhållfasthet är ett effektivt sätt att mäta hur mycket belastning en yta eller ett material kan bära. Testet för denna typ av styrka utförs genom att utöva kraft nedåt på objektet, ihopkopplat med en lika och motsatt kraft som utövas uppåt på botten. Med andra ord squashar du det - och använder sedan en enkel matematisk formel för att bestämma kompressionsbelastningen som det tog innan materialet misslyckades.
TL; DR (för lång; Läste inte)
Formeln för kompressionsspänning är:
CS = F ÷ A, där CS är tryckhållfastheten, F är kraften eller belastningen vid felpunkten och A är den ursprungliga tvärsnittsytan.
Överväganden för att testa kompressiv belastning
Ett tryckhållfasthetstest kräver exakta mätningar, så "squashing" -processen för ett tryckstresstest måste göras under noggrant kontrollerade förhållanden, inklusive de lika och motsatta krafterna som appliceras för att komprimera materialet från både topp och botten.
På grund av detta, och eftersom testet utförs till en punkt av misslyckande eller permanent deformation, skulle du inte testa en verklig struktur in situ; istället skulle du testa ett kubiskt eller cylindriskt prov. Kub- eller cylinderformen säkerställer att du har plana, parallella ytor på toppen och botten av din exemplar, och båda ytorna bör vara tvärsnitt - det vill säga tas i rät vinkel mot den vertikala axeln prov.
Datapunkter i kompressiv stressformel
När du har ställt in ditt prov i lämplig apparat för din vetenskapliga "squashing" -process måste du notera två datapunkter. Den första är tvärsnittsarean för exemplet du korsar eller, för att uttrycka det på ett annat sätt, ytan på bara en av dess ansikten.
Den andra datapunkten du måste mäta är den kraft som appliceras på ditt prov när det misslyckas. Du kommer att använda kraften långsamt tills fel, som vanligtvis definieras som en permanent deformation. Med andra ord, en deformation som inte återgår till sin ursprungliga form när kompressionskraften har tagits bort. Ofta sker den "permanenta deformationen" när objektet går sönder.
Tips
Om du använder amerikanska sedvanliga enheter, mät kraften i pund och ytan i kvadrattum så att ditt resultat är i standardenheten psi eller pund per kvadrattum.
Beräkning av tryckhållfasthet
När du har fått dessa datapunkter - oavsett om du själv har mätt dem i labbet eller fått dem i ett ordproblem - kan du beräkna kompressionsstyrkan för ditt objekt. Formeln är:
CS = F ÷ A, där CS är tryckhållfastheten, F är kraften eller belastningen vid felpunkten och A är den ursprungliga tvärsnittsytan.
Exempel: Du har blivit ombedd att beräkna en betongcylinders tryckhållfasthet. Cylinderns tvärsnittsytor mäter var och en 6 tum över, och cylindern misslyckades med 71.000 pund kraft. Vad är tryckhållfastheten för det betongprovet?
Du kan fortsätta och ersätta kraftmätningen, 71.000 pund, i din ekvation för F. Men var inte brådskande och anslut 6 tum för tvärsnittsytan, A. Du har fått diametern på cylinderns yta, men vad du behöver är ytan på det ansiktet.
För att beräkna ytarean, kom ihåg att ytan för en cirkel är πr2, var r är cirkelns radie, som är lika med 1/2 cirkelns diameter. Så med en diameter på 6 tum är din cirkels radie 3 tum och dess yta är π (3)2 = 28,26 tum2.
Nu när du har den informationen läser din ekvation följande:
CS = 71.000 pund ÷ 28,26 tum2 = 2,512 psi
Så provets tryckhållfasthet är 2,512 psi. För övrigt ingriper detta med den vanliga tryckhållfastheten på 2500 psi för betong för bostadsapplikationer; betong för kommersiella strukturer kan ha en tryckhållfasthet på 4000 psi eller mer.