2. Лабораторная работа № 2. "Испытание на сжатие образцов из различных материалов"

Цель опытов: сравнительное изучение свойств пластичных и хрупких, изотропных и анизотропных материалов при испытании их на статическое сжатие.

В настоящей работе испытанию на сжатие подвергаются образцы из пластичной стали, чугуна, дерева, цементного камня (см. таблицу). Образцы древесины, как материала анизотропного, испытываются один вдоль, другой – поперек волокон.

Вид образцов для испытания на сжатие влияет на величины определяемых механических характеристик, поэтому их делают стандартных размеров и формы в соответствии с рекомендациями ГОСТа.

Образцы для испытания стали и чугуна изготавливают в виде цилиндров высотой и диаметром (для стали , для чугуна ).

Образцы для испытания дерева и цементного камня имеют форму куба.

Стальной образец в процессе сжатия расширяется в поперечном направлении, принимая бочкообразную форму. На диаграмме хорошо виден участок упругого деформирования (участок OA). Точке A диаграммы соответствует нагрузка . По величине вычисляется предел пропорциональности стали при сжатии . Обнаружить площадку текучести и определить предел текучести стали при сжатии не представляется возможным (также и временное сопротивление ).

Разрушение чугунного образца сопровождается образованием на боковой поверхности трещин, ориентированных приблизительно под углом 45⁰ к направлению сжимающей силы. Единственная механическая характеристика прочности, которую можно определить в этом опыте ‑ временное сопротивление .

При сжатии древесины вдоль волокон образец имеет малую деформацию, главным образцом за счет обжатия торцов, и разрушается, как хрупкий материал, с образованием складок, расположенных обычно в поперечной плоскости к линии действия силы. Не исключены и продольные трещины, но они чаще связаны с наличием сучков или других пороков древесины.

При испытании древесины поперек волокон видно, что она ведет себя как пластический материал. Образец сильно деформируется при весьма малом возрастании нагрузки. Обычно испытание прекращают при уменьшении высоты образца на 1/3.

Таблица

Материал и размеры образцов		Вид образца		Диаграмма
		до опыта	после опыта
Пластичная сталь h0=2d0
Чугун h0=d0
Дерево h0=b0=t0	вдоль волокон (1)
	поперек волокон (2)
Цементный камень h0=b0=t0

Цементный камень разрушается без заметной остаточной деформации. Единственная механическая характеристика, которую можно определить в результате испытания, это временное сопротивление . Форма разрушения в виде двух усеченных пирамид, соединенных меньшими основаниями в средней части высоты образца, объясняется действием сил трения, возникающих по плоскости соприкосновения образца с плитами пресса. Силы трения препятствуют расширению образца и образованию продольных трещин вблизи торцов. Справедливость этого утверждения подтверждает опыт на сжатие того же образца, но с использованием парафиновой смазки, уменьшающей трение в плоскостях соприкосновения с плитами прессов. В этом случае образование продольных трещин свидетельствует о том, что разрушение происходит от нарушения сопротивления отрыву при поперечном расширении образца.

Испытания на сжатие распространены значительно меньше, чем испытания на разрыв. Однако для хрупких материалов, которые имеют, как правило, различную прочность на растяжение и сжатие и которые обычно работают в конструкциях именно на сжатие, испытание образцов на сжатие совершенно необходимо.