材料压缩时的力学性能优化

1.试件的制备

对于金属材料,一般采用很短的圆柱试样,以免被压弯。圆柱试样的高度约为直径的1.5~3倍。对于混凝土、石料等,一般采用立方体试样。

由于压缩试样的高度与宽度之间的比值较小,因此试样两段的端部影响必然会波及整个试样。试样的两端面与试验机承压平台间的摩擦阻力将阻止试样横向尺寸的增大,使压缩试样中的应力情况变得较为复杂,从而使试验所测得的材料压缩时的力学性能带有一定的条件性。

2.低碳钢压缩时的力学性能

低碳钢压缩时的σ-ε曲线如图2.22所示。作为对比,图2.22中也画出了拉伸时的σ-ε曲线。可以看出:在屈服阶段之前,两曲线基本重合。这表明低碳钢压缩时的弹性模量E和屈服极限σs都与拉伸时大致相同,属于拉压同强度材料。进入屈服阶段以后,低碳钢试样越压越扁,横截面积不断增大,因而得不到压缩时的强度极限。由于可以从低碳钢拉伸试验结果了解其压缩时的主要力学性能,因此不一定要进行低碳钢的压缩试验。

图2.22　低碳钢压缩时的σ-ε曲线(www.xing528.com)

3.铸铁压缩时的力学性能

铸铁压缩时的σ-ε曲线如图2.23所示。铸铁试样破坏前变形很小。铸铁受压时沿法线与轴线大致成45°~55°的斜截面产生相对错动而破坏。试验结果表明:铸铁的抗压强度极限比它的抗拉强度极限高4~5倍。其他一些脆性材料,如混凝土、石料等,抗压强度也远高于抗拉强度,属于拉压不同强度材料。这些材料强度低,塑性性能差,但抗压能力强,且价格低廉,适宜用作受压构件。铸铁因其坚硬耐磨,易于浇铸成复杂的形状而在实际工程中得以广泛应用。对于铸铁材料来说,其压缩试验比拉伸试验更重要。表2.1列出了几种常用材料在常温、静载下σs、σb、δ5的数值。

图2.23　铸铁压缩时的σ-ε曲线

表2.1　几种常用材料的力学性能