Druckfestigkeit verstehen

Die Druckfestigkeit ist ein eingeschränktes Maß an Druckspannung, das ein duktiles Versagen (unendliches theoretisches Fließen) oder ein sprödes Versagen in einem Material (Bruch als Ergebnis der Rissausbreitung oder Gleiten entlang einer schwachen Ebene) verursacht. An Materialien, Teilen und Strukturen wird die Druckfestigkeit gemessen. Die Höhe der einachsigen Druckspannung, die erreicht wird, wenn ein Material vollständig versagt, ist per Definition seine endgültige Druckfestigkeit.

Die jeweiligen Prüfverfahren und Messbedingungen haben Einfluss auf die Druckfestigkeitsmessungen. Typischerweise werden Druckfestigkeiten gemäß einem bestimmten technischen Standard bereitgestellt.

Im Gegensatz zu Materialien mit starken Zugfestigkeiten haben Beton und Keramik oft wesentlich höhere Druckfestigkeiten. Zugfestigkeiten sind häufig höher als Druckfestigkeiten in Verbundwerkstoffen wie Glasfaser-Epoxy-Matrix-Verbundwerkstoffen.

In diesem Artikel erhalten Sie Antworten auf die folgenden Fragen:

• Was ist Druckfestigkeit?
• Was ist die Formel für die Druckfestigkeit?
• Welches Material hat die höchste oder niedrigste Druckfestigkeit?
• Welche Materialien erfordern eine hohe oder niedrige Druckfestigkeit?
• Engineering-Stress vs. echter Stress

Was ist Druckfestigkeit?

Die Fähigkeit eines Materials oder einer Struktur, Belastungen standzuhalten, die dazu neigen, die Größe zu verringern, wird in der Mechanik als Druckfestigkeit oder Druckfestigkeit bezeichnet. Anders ausgedrückt, die Zugfestigkeit widersteht der Spannung, während die Druckfestigkeit der Kompression widersteht. Zugfestigkeit, Druckfestigkeit und Scherfestigkeit können alle separat untersucht werden, wenn die Festigkeit eines Materials untersucht wird.

Die Fähigkeit eines Materials oder Strukturelements, Belastungen standzuhalten, die bei Anwendung zu einer Größenschrumpfung führen, wird als Druckfestigkeit bezeichnet. Ein Prüfling wird an seiner Ober- und Unterseite einer Kraft ausgesetzt, bis er bricht oder sich verformt. Brüche treten auf, wenn Materialien wie Gestein und Beton auf Druckfestigkeit getestet werden, da diese Methode häufig zur Analyse dieser Materialien verwendet wird.

Druckfestigkeitstests können an Materialien wie Stahl durchgeführt werden, und Verformungen werden häufig bei duktilen Materialien beobachtet. Ein duktiles Material passt sich zunächst an die aufgebrachte Last an, indem es die interne Organisation seiner Struktur ändert – ein Prozess, der als plastisches Fließen bekannt ist.

Das plastische Fließen hört auf, wenn die Verformung an einer Stelle konzentriert ist und das Material bricht. Die Zugfestigkeit ist typischerweise die gewählte Angabe zum Messen und Vergleichen von duktilen Metallen. Dies liegt an der Tatsache, dass die Zugspannung, die besser zu den Phänomenen des plastischen Fließens passt, die Kräfte misst, die erforderlich sind, um ein Material auseinander zu ziehen.

Was ist die Formel für die Druckfestigkeit?

Die Formel zur Berechnung der Druckfestigkeit lautet F =P/A, wobei:

• F=Die Druckfestigkeit (MPa)
• P=Maximale Belastung (oder Belastung bis zum Versagen) des Materials (N)
• A=A Querschnitt der Materialfläche, die der Belastung standhält (mm2)

Welches Material hat die höchste oder niedrigste Druckfestigkeit?

Materialien wie Gestein haben oft höhere Druckfestigkeiten von 140 MPa in der Kategorie der spröden Materialien. Sandstein und andere weichere Sorten haben oft Druckfestigkeiten von 60 MPa oder weniger. Für die meisten Konstruktionsanwendungen haben duktile Materialien wie Weichstahl eine Druckfestigkeit von etwa 250 MPa.

Im Gegensatz zu Materialien mit starken Zugfestigkeiten haben Beton und Keramik oft wesentlich höhere Druckfestigkeiten. Zugfestigkeiten sind häufig höher als Druckfestigkeiten in Verbundwerkstoffen wie Glasfaser-Epoxy-Matrix-Verbundwerkstoffen.

Typischerweise werden zugfeste Materialien zur Verstärkung von Beton verwendet. Die Druckfestigkeit wird häufig für die Qualitätssicherung von Beton und für Spezifikationsanforderungen verwendet. Die objektiven Zug- (Biege-) Anforderungen sind Ingenieuren bekannt und drücken diese Anforderungen in Form von Druckfestigkeit aus.

Für Wohnbeton können die Anforderungen an die Druckfestigkeit von 2.500 psi bis 4.000 psi und mehr für gewerbliche Konstruktionen reichen. Für einige Anwendungen sind höhere Festigkeiten bis zu und über 10.000 psi erforderlich.

Die Druckfestigkeit ist sowohl bei spröden als auch bei duktilen Materialien typischerweise viel größer als die Zugfestigkeit. Eine Ausnahme von dieser Regel bilden faserverstärkte Verbundwerkstoffe wie Glasfaser, die zugfest, aber leicht quetschbar sind. Da jedoch Beton, ein partikelbewehrter Verbundwerkstoff, unter Druck viel stärker ist als unter Zug, muss er mit Stahlstäben verstärkt werden, wenn er Zugspannungen ausgesetzt wird.

Welche Materialien erfordern eine hohe oder niedrige Druckfestigkeit?

In Bezug auf Beton kann ultrahochfester Beton zum Bau von Gebäuden wie Autobahnbrücken verwendet werden, die enormen Belastungen und Dehnungen standhalten müssen, während der Beton eine geringere Druckfestigkeit von 30 MPa für den normalen Einsatz im häuslichen Bereich aufweisen kann.

Sehen Sie sich das folgende Video an, um mehr über die Druckfestigkeit zu erfahren:

Engineering-Stress vs. echter Stress

Fachleute verwenden hauptsächlich Ingenieurstress in der Praxis des Ingenieurdesigns. Die wahre Spannung unterscheidet sich von der technischen Spannung in der Realität. Daher führt die Verwendung der obigen Formeln zur Berechnung der Druckfestigkeit des Materials nicht zu einer genauen Antwort. Dies liegt daran, dass die Querschnittsfläche A0 variiert und etwas von der Belastung A =abhängt. (F).

Daher lässt sich die Werteabweichung wie folgt zusammenfassen:

Die Probe wird beim Zusammendrücken kürzer. Das Material neigt dazu, sich seitlich auszudehnen, was die Querschnittsfläche erweitert.

Bei einem Druckversuch wird die Probe an den Rändern eingespannt. Dadurch entsteht eine Reibungskraft, die der seitlichen Spreizung entgegenwirkt. Dies impliziert, dass Anstrengungen erforderlich sind, um dieser Reibungskraft entgegenzuwirken, was die Menge an Energie erhöht, die in dem Prozess verwendet wird. Infolgedessen weicht die Stressmessung des Experiments etwas ab.

Für den gesamten Probenquerschnitt ist die Reibungskraft nicht konstant. Ein Minimum befindet sich in der Mitte, weg von den Klemmen, während ein Maximum in Richtung der Ränder, wo sich die Klemmen befinden, gefunden wird. Dadurch nimmt die Probe eine tonnenartige Form an, ein Phänomen, das als Barreling bekannt ist.

Zusammenfassung

Die Fähigkeit eines Materials oder Strukturelements, Belastungen standzuhalten, die bei Anwendung zu einer Größenschrumpfung führen, wird als Druckfestigkeit bezeichnet. Ein Prüfling wird an seiner Ober- und Unterseite einer Kraft ausgesetzt, bis er bricht oder sich verformt. Das ist alles für diesen Artikel, in dem die folgenden Fragen diskutiert werden:

• Was ist Druckfestigkeit?
• Was ist die Formel für die Druckfestigkeit?
• Welches Material hat die höchste oder niedrigste Druckfestigkeit?
• Welche Materialien erfordern eine hohe oder niedrige Druckfestigkeit?
• Engineering-Stress vs. echter Stress

Ich hoffe, Sie lernen viel aus der Lektüre, wenn ja, teilen Sie sie bitte mit anderen. Danke fürs Lesen, bis bald!