압축 강도

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역학에서 압축 강도 또는 압축 강도란 크기를 줄이는 경향이 있는 하중을 견딜 수 있는 재료 또는 구조물의 용량입니다(연장되는 하중을 견딜 수 있는 인장 강도와는 반대).즉, 압축 강도는 압축(함께 밀림)에 저항하는 반면, 인장 강도는 장력(서로 당겨짐)에 저항합니다.재료의 강도 연구에서 인장 강도, 압축 강도 및 전단 강도를 독립적으로 분석할 수 있습니다.

일부 재료는 압축 강도 한계에서 파괴되고 다른 재료는 비가역적으로 변형되므로 특정 변형량이 압축 하중의 한계로 간주될 수 있다.압축 강도는 구조물 설계의 핵심 값이다.

압축 강도는 범용 테스트 기계에서 측정하는 경우가 많습니다.압축강도 측정은 특정 시험방법 및 측정조건의 영향을 받는다.압축 강도는 일반적으로 특정 기술 표준과 관련하여 보고됩니다.

서론

재료의 시료가 팽창하는 방식으로 적재되는 경우 장력 상태라고 한다.한편, 재료가 압축 및 단축되면 압축 상태라고 한다.

원자 수준에서 분자 또는 원자는 장력에 있을 때 강제로 분리되는 반면 압축에서는 함께 강제됩니다.고체 속의 원자는 항상 평형 위치와 다른 원자들 사이의 거리를 찾으려고 하기 때문에, 장력과 압축 모두에 반대하는 힘이 물질 전체에 걸쳐 발생한다.따라서 원자 수준에서 일반적인 현상은 유사하다.

"변형"은 가해진 응력 하에서 상대적인 길이의 변화입니다. 양의 변형은 물체를 연장하는 경향이 있는 장력 하중을 받는 물체를 특징짓고, 물체를 짧게 하는 압축 응력은 음의 변형률을 줍니다.장력은 작은 측면 편향을 다시 정렬로 끌어당기는 경향이 있는 반면, 압축은 그러한 편향을 좌굴로 증폭시키는 경향이 있습니다.

압축 강도는 재료, 구성 ^[1]요소 및 ^[2]구조에서 측정됩니다.

정의상 재료의 궁극적인 압축강도는 재료가 완전히 고장났을 때 도달하는 단축 압축응력 값이다.압축 강도는 보통 압축 시험을 통해 실험적으로 구한다.이 실험에 사용된 기기는 인장시험에 사용된 것과 동일합니다.단, 단축 인장 하중을 가하는 대신 단축 압축 하중을 가한다.상상할 수 있듯이 시료(일반적으로 원통형)는 가로로 펼쳐질 뿐만 아니라 짧아진다.응력-변형 곡선은 계측기에 의해 표시되며 다음과 같이 나타납니다.

재료의 압축 강도는 곡선에 표시된 빨간색 지점의 응력에 해당합니다.압축 테스트에서 재료가 Hooke의 법칙을 따르는 선형 영역이 있습니다.따라서 이 영역에서는 ${\displaystyle \sigma }$ ${\displaystyle =}$ E$$ \ $displaystyle$\$display$=$E\epsilon$ $\}$ 이며, 여기서 E는 압축에 대한 영 계수입니다.이 영역에서는 응력이 제거되면 재료가 탄성적으로 변형되어 원래 길이로 돌아갑니다.

이 선형 영역은 항복점이라고 알려진 곳에서 끝납니다.이 지점 이상에서는 재료는 가소성을 띠며 하중을 제거한 후에는 원래 길이로 돌아가지 않습니다.

공학적 응력과 실제 응력 사이에는 차이가 있습니다.기본 정의에 따르면 단축 응력은 다음과 같이 주어진다.

$\displaystyle \displays = flac {F}{A}}}$

여기서 F = 하중 적용 [N], A = 면적 [m²]

앞에서 기술한 바와 같이 시료의 면적은 압축에 따라 다르다.따라서 실제로는 그 영역은 가해진 하중의 일부 기능이다.A = f(F).실제로 응력은 실험 시작 시 면적으로 나눈 힘으로 정의된다.이는 엔지니어링 스트레스라고 하며 다음과 같이 정의됩니다.

$\displaystyle _{e}=syslogfrac {F}{A_{0}}}}:$

A₀=원시료 면적 [m²]

이에 따라 엔지니어링 스트레인은 다음과 같이 정의됩니다.

${\displaystyle \ipsilon _{e}=superfrac {l-l_{0}}{l_{0}}}$

여기서 l = 현재 시료 길이 [m] 및₀ l = 원래 시료 길이 [m]

따라서 압축강도는 다음과 같이 정의된 엔지니어링 응력-변형${\displaystyle }$곡선상의 포인트( 「${\displaystyle e_{}^{}}$ 「${\displaystyle e_{}^{}}$ 「e$」){displaystyle$(\$epsilon _{$e}^*},\$sigma$ _${e}^*})$에 대응합니다.

${\displaystyle _{e}^{*}={frac {F^{*}}}{A_{0}}}}:$

${\displaystyle \silon _{e}^{*}=slfrac {l^{*}-l_{0}}{l_{0}}}$

여기서^* F = 파쇄 직전에 하중이 가해지고^* l = 파쇄 직전에 시료 길이가 가해진다.

실제 응력으로부터의 엔지니어링 응력 편차

엔지니어링 설계 실무에서 전문가들은 대부분 엔지니어링 스트레스에 의존합니다.실제로, 진정한 스트레스는 공학적인 스트레스와 다릅니다.따라서 주어진 방정식에서 재료의 압축 강도를 계산하는 것은 정확한 ^{[clarification needed]}결과를 산출하지 못할 것입니다.이는 단면적₀ A가 변화하고 하중 A = δ(F)의 일부 함수이기 때문입니다.

따라서 값의 차이는 다음과 같이 요약할 수 있습니다.

• 압축 시 검체는 짧아집니다.재료는 가로 방향으로 퍼지는 경향이 있으며, 따라서 단면적이 증가한다.
• 압축 테스트에서 시료는 ^{[dubious – discuss]}가장자리에 고정됩니다.이러한 이유로, 측면 확산에 반대되는 마찰력이 발생한다.즉, 이 마찰력에 대항하기 위한 작업이 수행되어야 하므로 프로세스 중에 소비되는 에너지가 증가합니다.따라서 실험에서 얻은 ^{[citation needed]}응력 값이 약간 부정확해집니다.시료의 전체 단면에서 마찰력이 일정하지 않다.이 값은 클램프에서 떨어진 중앙의 최소값에서 클램프가 고정된 가장자리의 최대값까지 다양합니다.이로 인해 시료가 배럴 형상에 도달하는 바렐링(barreling) 현상이 발생한다.

압축강도와 인장강도 비교

콘크리트와 세라믹은 일반적으로 인장 강도보다 훨씬 높은 압축 강도를 가집니다.유리섬유 에폭시 매트릭스 복합재료와 같은 복합재료는 압축강도보다 인장강도가 높은 경향이 있습니다.금속은 장력 대 압축에서 실패에 대한 시험을 하기 어렵다.압축 시 금속은 결함이나 네킹 다운으로 인한 장력과는 크게 다른(높은 응력에도 불구하고) 좌굴/파손/45deg 전단으로부터 실패한다.

압축 장애 모드

압축 하중을 받는 재료의 유효 반지름에 대한 길이 비율(슬렌더니스 비)이 너무 높으면 좌굴 상태에서 재료가 파손될 가능성이 높다.그렇지 않으면 재료가 연성이 있는 경우 일반적으로 위에서 설명한 배럴링 효과를 나타내는 항복이 발생합니다.압축 시 메짐성 재료는 일반적으로 하중 방향에 수직인 방향의 구속 수준에 따라 축방향 분할, 전단 파괴 또는 연성 고장에 의해 기능 상실한다.구속력(구속 압력이라고도 함)이 없는 경우, 메짐성 재료는 축방향 침출에 의해 파손될 가능성이 높습니다.중간 정도의 구속 압력은 종종 전단 파괴를 초래하는 반면, 높은 구속 압력은 종종 연성 파괴를 초래합니다. 심지어 부서지기 쉬운 ^[3]재료에서도 마찬가지입니다.

Axial Spliting은 가해진 압축 응력에 수직인 방향으로 변형 에너지를 방출하여 메짐성 물질에서 탄성 에너지를 완화합니다.재료 포아송 비율에 따라 한 방향으로 탄성적으로 압축된 재료는 다른 두 방향으로 변형됩니다.축방향 분할 중에 균열이 가해진 하중과 평행한 새 표면을 형성함으로써 인장 변형률을 방출할 수 있다.그런 다음 재료는 두 개 이상의 조각으로 분리됩니다.따라서 축 분할은 구속 압력이 없을 때, 즉 주 인가 ^[4]하중에 수직인 축에 대한 압축 하중이 낮을 때 가장 자주 발생합니다.이제 마이크로 컬럼으로 분할된 재료는 자유단 또는 응력 차폐의 인터페이스의 불균일성으로 인해 서로 다른 마찰력을 느낄 것이다.응력 차폐의 경우 재료의 불균일성으로 인해 영률이 달라질 수 있습니다.그러면 응력이 불균형하게 분산되어 마찰력의 차이로 이어집니다.두 경우 모두 재료 단면이 구부러지기 시작하고 궁극적인 ^[5]고장으로 이어집니다.

마이크로 크래킹

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마이크로 크랙은 메짐성 및 준소형 재료의 압축 시 고장의 주요 원인입니다.균열 끝을 따라 미끄러지면 균열 끝을 따라 인장력이 발생한다.미세 균열은 기존의 균열 팁 주위에 형성되는 경향이 있습니다.모든 경우 국소적인 미세구조 이상과 상호작용하여 국소적인 긴장 영역을 생성한다.미세 균열은 몇 가지 요인에서 발생할 수 있습니다.

1. 다공성은 많은 재료에서 압축 강도의 제어 요인입니다.미세 균열은 모공 주위에 형성될 수 있으며, 모공과 거의 같은 크기에 도달합니다.(a)
2. (b) 침전물과 같은 재료의 단단한 함몰물은 국소적인 장력 영역을 야기할 수 있다. (b) 함몰물이 그룹화되거나 클 때 이 효과는 증폭될 수 있다.
3. 모공이나 뻣뻣한 함몰물이 없어도 재료는 약한 경사면(가해지는 응력에 비해 상대적으로) 사이에 미세 균열이 발생할 수 있습니다.이러한 인터페이스는 미끄러져 2차 균열이 발생할 수 있습니다.이러한 2차 균열은 원래 계면의 슬립에 의해 2차 균열이 계속 열리기 때문에 계속 개방될 수 있다(c).계면의 미끄러짐만으로 재료의 Young 계수가 불균일하면 효과적인 미스핏 변형률이 증가할 수 있으므로 2차 균열 성장에만 책임이 있는 것은 아닙니다.이렇게 자라는 균열은 날개 끝 미세 ^[6]균열로 알려져 있다.

마이크로 크랙의 성장은 원래 균열/불완전성의 성장이 아님을 강조하는 것이 중요합니다.핵을 형성하는 균열은 원래 균열과 수직이며 2차 ^[7]균열로 알려져 있습니다.아래 그림은 날개 끝의 균열에 대해 이 점을 강조하고 있습니다.

이러한 이차 균열은 단순(단축) 압축 시 원래 균열 길이의 10-15배까지 커질 수 있다.단, 횡방향 압축 하중이 적용되는 경우.증식은 ^[8]원래 균열 길이의 몇 배 정수까지로 제한됩니다.

전단 밴드

시료크기가 더 심해진 결함의 2차 균열이 시료를 파손할 정도로 크지 않을 경우 시료 내의 다른 결함도 2차 균열이 생기기 시작한다.이는 전체 샘플에서 균일하게 발생합니다.이러한 미세 균열은 전단 단층 불안정성의 핵인 "내적" 파괴 거동을 형성할 수 있는 에켈론을 형성합니다.오른쪽 표시:

결국 이것은 재료의 불균일 변형을 이끈다.재료에 의한 변형률은 하중에 따라 선형적으로 변화하지 않습니다.변형 이론에 따라 재료가 파괴되는 국소 전단 띠를 만드는 것."국소적인 밴딩이 반드시 재료 요소의 최종 고장을 구성하는 것은 아니지만, 압축 하중을 받는 1차 고장 프로세스의 시작일 가능성이 높습니다."^[9]

일반적인 값

재료.	Rs [MPa]
도자기	500
뼈.	150
구체적인	20-80
얼음(0°C)	3개[10]
스티로폼	~1

콘크리트의 압축강도

설계자에게 압축 강도는 콘크리트의 가장 중요한 엔지니어링 특성 중 하나입니다.특정 콘크리트 혼합물의 압축 강도는 등급별로 분류되는 것이 표준 산업 관행이다.이 값을 측정하기 위해 콘크리트 입방체 또는 원통형 시료를 압축시험기로 시험한다.테스트 요건은 설계 코드의 차이에 따라 국가별로 다릅니다.일반적으로 압축계를 사용합니다.인도 법규에 따라 콘크리트의 압축 강도는 다음과 같이 정의된다.

콘크리트의 압축 강도는 28일(fck) 후 테스트한 150 mm 크기의 큐브의 특징적인 압축 강도의 관점에서 주어진다. 현장에서 압축 강도 시험은 또한 28일 후에 예상되는 압축 강도를 검증하기 위해 7일 후에 중간 기간에 수행된다. 마찬가지로 장애 발생을 미리 경고하고 필요한 예방 조치를 취합니다. 특성강도는 시험결과의 5%^[11] 이하로 예상되는 콘크리트 강도로 정의한다.

설계를 위해 이 압축 강도 값은 사용된 설계 철학에 따라 달라지는 안전 계수로 나누어 제한한다.

건설업계는 광범위한 테스트에 관여하는 경우가 많습니다.간단한 압축시험 외에 ASTM C39, ASTM C109, ASTM C469, ASTM C1609 등의 시험기준이 콘크리트의 기계적 특성을 측정할 수 있는 시험방법이다.콘크리트의 압축강도 및 기타 재료특성을 측정할 때에는 절차에 따라 수동제어 또는 서보제어가 가능한 시험장비를 선택할 수 있다.특정 테스트 방법은 로드 속도를 특정 값 또는 범위로 지정하거나 제한하는 반면, 다른 방법은 매우 낮은 ^[12]속도로 실행되는 테스트 절차에 따라 데이터를 요청합니다.

「 」를 참조해 주세요.

• 버프 강도
• 용기 압축 시험
• 내충돌성
• 변형(엔지니어링)
• 재료의 압축 강도 측정용 슈미트 해머
• 평면 변형률 압축 시험

레퍼런스

• 미켈 P.Groover, 현대 제조의 기초, John Wiley & Sons, 2002년 미국, ISBN 0-471-40051-3
• Callister W.D. Jr., 재료과학 및 엔지니어링 소개, John Wiley & Sons, 2003 미국, ISBN 0-471-22471-5