1. Випробування пластичних матеріалів на стиск.

При стиску стального зразка з маловуглецевої сталі до деякого значення стискуючої сили F_pr спостерігається лінійна залежність між величиною сили та величиною деформації Δl (рис. 2 а). Границя пропорційності сталі при стиску визначиться

σ_pr= F_pr /A₀ .

де A₀ - початкова площа поперечного перерізу зразка.

а) б) в)

Рис 2.

При подальшому навантаженні, тобто при перевищенні силою значення F_pr, спостерігається значне збільшення деформації в результаті того, що матеріал знаходиться у стані текучості, але явно вираженої площадки текучості на діаграмі стиску немає. Циліндричний зразок приймає бочкоподібну форму внаслідок сил тертя між торцями зразка і поверхнями стискуючих плит машини.

Після зони текучості для подальшого скорочення зразка необхідно суттєво збільшити стискуючу силу. Зразок не руйнується, а розплющується, іноді з виникненням тріщин по краях (рис. 3). Пластичні матеріали при стиску не мають чітко вираженої границі міцності, вони мають тільки чітко виражену границю

пропорційності. За умовне значення границі міцності при стиску пластичних матеріалів приймають таке значення нормального напруження, при якому висота зразка зменшується на третину від початкової довжини.

Рис. 3.

2. Випробування крихких матеріалів на стиск.

Крихкі матеріали (чавун, каміння, бетон, деревина та ін.) при стиску руйнуються, розпадаючись на окремі частини. При цьому вони витримують значно більші напруження, ніж при розтягу. Зразки з крихких матеріалів руйнуються по похилим перерізам, які утворюють кути близькі 45^о з напрямком осі зразка, тобто приблизно співпадають з площадками дії найбільших дотичних напружень (рис. 4). При руйнуванні здатність зразка чинити опір навантаженню зникає миттєво, що характерно для крихких матеріалів. Діаграма стиску чавуна (рис.2 б) дає можливість визначити границю міцності чавуна на стиск

σ_u = F_u /A_0.

Рис. 4.

2.1. Випробування природних і штучних будівельних матеріалів на стиск.

При випробуванні природного будівельного матеріалу - каменя (гранита, мрамора) зразки виготовляють у вигляді кубиків з довжиною ребра 50 мм. Зразки штучного будівельного матеріалу - цегли, бетону, виготовляють за стандартами у вигляді кубиків з довжиною ребра 70,7 мм, при цьому площа поперечного перерізу зразка A₀ дорівнюватиме 50 см² . При стиску каменя на шкалі силовимірювального пристрою спостерігається швидке збільшення навантаження безпосередньо до моменту руйнування зразка, яке відбувається раптово. Діаграма стиску каменя практично така, як і чавуну (рис.2 б). Камінь руйнується практично без явних залишкових деформацій. За найденим з випробування на стиск значенням руйнуючої сили F_u визначаємо границю міцності матеріалу каменя на стиск

σ_u = F_u /A₀.

Ніяких інших механічних характеристик природних і штучних будівельних матеріалів визначити з проведеного досліду на стиск неможливо. Характер і форма руйнування зразка обумовлені дією сил тертя, які виникають між поверхнями зразка і плитами преса і чинять опір поперечним деформаціям і виникненню поздовжніх тріщин (рис.5). Вплив сил тертя суттєвий у верхнього та нижнього торців зразка і зменшується у напрямку до його середини. Якщо зменшити сили тертя шляхом

змащування торців зразка, наприклад, парафіном, то характер руйнування буде іншим, а саме по вертикальним площадкам. Поява вертикальних тріщин свідчить про те, що матеріал руйнується від порушення опору відриву частинок при поперечній деформації (видовженні), а, як відомо, крихкі матеріали погано чинять опір розтягу. Величина границі міцності каменя при стиску є умовною, бо на неї суттєво впливають сили тертя між торцями зразка і плитами преса, однак це не заважає правильній оцінці механічних властивостей різних матеріалів, якщо умови їх випробувань будуть однаковими.

Рис. 5.

2.2. Випробування деревини на стиск. Особливий інтерес становить вивчення процесу стиску деревини, яка є представником анізотропних матеріалів, і міцність якої вздовж і поперек волокон неоднакова. При стиску зразка з деревини вздовж волокон (рис.2 в, крива 1) пропорційність між навантаженням і деформацією спостерігається майже до самого моменту руйнування. Після досягнення максимального навантаження зразок починає руйнуватись і навантаження зменшується. Границя міцності деревини при стиску вздовж волокон визначається .

При випробуванні на стиск деревини поперек волокон (рис.2 в, крива 2) спочатку спостерігається лінійна залежність між стискуючою силою та деформацією. Потім зростання сили практично не відбувається при досить швидкому деформуванні зразка без руйнування. Тому вважають, що руйнівне навантаження виникає тоді, коли висота зразка зменшується на одну третину свого початкового значення.Границю міцності деревини поперек волокон визначимо за формулою .

Руйнування твердих порід деревини супроводжується зсувом по похилих площадках, тобто ця деревина руйнується під дією дотичних напружень (рис.6). Порівнюючи результати випробувань дерев'яних зразків вздовж і поперек волокон, переконуємося в тому, що при стиску до руйнування вздовж волокон, зразок отримує значно менші деформації ніж при стиску поперек волокон. Границя міцності в першому випадку в 7‑10 разів більша, ніж у другому, коли стиск відбувається поперек волокон.

Рис. 6.

Коефіцієнт анізотропії, який характеризує різницю механічних властивостей деревини вздовж і поперек волокон, визначають як відношення границі міцності деревини при стиску вздовж волокон до границі міцності деревини при стиску поперек волокон:

.

Виготовляючи зразки для випробувань на стиск, слід враховувати сили тертя між торцями зразка і поверхнями плит випробувальної машини. Тому для випробувань встановлено оптимальні розміри зразків, які дають змогу зменшити похибку результатів експерименту від згину. Металеві зразки виготовляють циліндричної форми діаметром 10-25 мм. та висотою від одного до трьох діаметрів. Торці зразків повинні бути паралельними між собою і перпендикулярними до осі зразка. При випробуванні на стиск деревини використовують дерев'яні кубики з розміром ребра 20 мм і більше. Випробування на стиск зразків з різних матеріалів будемо виконувати на десятитонному пресі П-10, призначеному для випробування будівельних матеріалів на стиск.