3.5. Диаграмма сжатия. Особенности разрушения при сжатии

Испытания металлов на сжатие производят на образцах в виде цилиндров, высота которых равна их диаметру (обычно мм). Для других материалов применяют образцы в виде кубиков (стороны кубиков принимают для разных материалов от 50 до 300мм).

На сжатие обычно испытывают хрупкие материалы или материалы, находящиеся в хрупком состоянии. Опыт испытаний показывает, что испытание на сжатие пластичных материалов, например, малоуглеродистой стали Ст.3, как правило, к разрушению не приводит. Образец расплющивается, но разрушить его не удается. Испытания Ст.3 на сжатие показали, что характеристики прочности и пластичности стали оказываются такими же, как и при испытании на растяжение за исключением предела прочности, который при испытании на сжатие для Ст.3 установить не удается. Поэтому предел прочности на сжатие для стали условно принимают таким же, что и на растяжение. Образцы из других пластических материалов (медь, алюминий) при сжатии деформируются так же, как и стальные образцы. Одним из наиболее распространненых конструкционных материалов, применяемых в машиностроении и других отраслях промышленности, является чугун.

Чугун относится к хрупким материалам и обычно его испытывают на сжатие. Диаграмма напряжений при сжатии чугуна представлена на рис. 3.7. Обращает на себя внимание то, что диаграмма не имеет прямолинейного участка в отличие от диаграммы растяжения для стали. Чугун является физически нелинейным материалом и не подчиняется закону Гука. Модуль упругости чугуна, строго говоря, не является величиной постоянной и вычисляется как тангенс угла наклона секущей, проведенной из произвольной точки, принадлежащей диаграмме сжатия, к оси относительных деформаций (Рис.3.7):

.

Рис.3.7

Такой модуль упругости называют секущиммодулем.

Диаграмма напряжений при растяжении чугуна имеет такой же вид, что и при сжатии, однако ординаты диаграммы напряжений при сжатии в несколько раз больше, чем при растяжении. Предел прочности на сжатие чугуна МПа, что в 4-5 раз больше, чем на растяжение. При сжатии чугунного образца продольные деформации его незначительны. Образец несколько выпучивается в средней части, принимая слегка бочкообразную форму, восле чего в нем появляются трещины под углом примерно 45⁰к оси по площадкам с наибольшими касательными напряжениями (Рис.3.8).

Рис.3.8

Большинство хрупких материалов (бетон, камень) разрушаются при сжатии так же, как чугун, и имеют аналогичную диаграмму сжатия. Предел прочности этих материалов на сжатие значительно больше, чем на растяжение (для бетона примерно в 20 раз).

При испытании дерева на сжатие приходится учитывать, что дерево – материал анизотропный и по-разному работает вдоль и поперек волокон. Многие породы дерева при сжатии вдоль волокон выдерживают значительные напряжения, например, предел прочности сосны достигает 4080МПа. При сжатии дерева поперек волокон древесина не разрушается, а сильно прессуется.

В таблице 3.1 приведены для сравнения пределы прочности при растяжении и сжатии некоторых материалов.

Таблица 3.1

Наименование материала	Предел прочности (МПа)
	При растяжении	При сжатии
Ст.3	380470	
Сталь хромистая 20Х	800	
Дюралюминий Д16	450500	
Титановый сплав ВТ4	800900	
Чугун серый СЧ	120380	5001500
Сосна вдоль волокон	80	40
Кирпич	0,73	730
Бетон	0,251,75	535
Бакелит	2530	80100
Тестолит	100	250
Древесный слоистый пластик	210	360