什么是压缩测试?

除拉伸和弯曲测试之外,压缩测试是最基本的机械测试类型之一。压缩测试用于确定材料在施加断裂载荷下的性能,通常通过使用压盘或通用测试机上的专用工装对试样(一般为长方体或圆柱几何体)施加压缩压力来进行这类测试。在测试过程中,对材料的各种特性进行计算并绘制成应力应变图,用以确定弹性极限比例极限屈服点屈服强度以及某些材料的抗压强度等特性。

为何要进行压缩测试?

通过压缩测试,制造商能够在制造过程的多个阶段中评估材料、部件和产品的完整性和安全性。潜在的应用可包括汽车挡风玻璃的强度测试,以及建筑中使用的混凝土梁的耐久性测试等。表现出较高抗拉强度的材料往往(但并不总是!)会表现出较低的抗压强度。同样,抗压强度高的材料则往往表现出较低的抗拉强度。因此,压缩测试通常用于脆性材料,例如混凝土、金属、塑料、陶瓷、复合材料以及诸如硬纸板等的瓦楞材料。这些材料在实际应用中的主要优点是其承载能力,它们在压缩力下保持完整性的能力至关重要。

压缩测试的应力/应变曲线

 

压缩测试通常是在成品上进行,这与为确定特定材料的拉伸性能而进行的拉力测试有所不同。网球、高尔夫球、水瓶、保护套、塑料管和家具等常见物品,都是需要评估抗压强度的产品示例。例如,一名工程师可能想通过制造瓶壁更薄的水瓶来节省塑料,但为了便于使用托盘包装并堆叠在一起进行运输,瓶子仍必须足够坚硬。压缩测试可以帮助工程师在产品的强度和节省材料之间找到平衡。

极限抗压强度

材料的极限抗压强度是材料完全破损时达到的压应力值。当脆性材料达到其极限抗压强度时,它们会断裂,载荷急剧下降。具有较高延展性的材料(大多数塑料)不会破裂,而是会持续变形,直到载荷不再施加到试样上,而是施加到两个压缩压盘之间。在这些情况下,可以将抗压强度报告为特定变形,例如试样原始高度的 1%、5% 或 10%。

行业特定的测试标准

有许多与各种材料的压缩测试相关的 ASTM 和 ISO 标准。例如,家具、汽车和床垫行业遵循 ASTM D3574,它测量的是聚氨酯泡沫的压痕力挠度。该测试通过测量将泡沫压缩至其原始厚度的 25% 时的力来测定泡沫的初始柔软度。然后,通过测量将泡沫压缩到其原始厚度的 65% 时的力来测定泡沫的支撑程度。汽车座椅工程师会指定他们想在最终产品中使用的泡沫的压痕力挠度值,而制造部门会在每个班次进行多次测试,确保制造的每个座椅在柔软度和支撑性能方面均具有相同的感觉。

测试设备

压缩测试在通用测试机上进行。这类设备有各种不同尺寸可供选择,且其可提供的力值范围可从 0.02 N 到 2,000 kN 不等。我们可以在诸如英斯特朗 6800 系列的台式机器上进行大部分小载荷的测试,而对于大载荷测试,则需要落地式结构的设备,例如英斯特朗的工业系列

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通用测试机必须配备测试软件和专用压盘及附件,例如引伸计。待测试的材料类型决定着需要使用的附件类型。单台机器可经过调整,通过更换夹具即可测试其力范围内的任何材料。

常用压缩测试标准

ASTM D3574-17 - 柔性多孔材料的标准测试方法

ASTM D695-15 - 硬质塑料的抗压性能测试

AITM 0010 - 空中客车公司测试冲击后抗压强度的方法

ASTM C109 - 2 英寸混凝土立方体的压缩测试

ASTM D2844 - 压实土的水分渗出测试

ASTM D3846 - 增强塑料的面内抗剪强度测试

ASTM D575-91 -(2012 年)橡胶压缩性能测试方法 A

ASTM F1306 - 柔性阻挡膜和层压板抗低速穿透测试

ASTM F2267 - 轴向挤压下的椎间体融合器评估

EN12430 - 隔热点压缩测试

ISO 7886-1 - 无菌注射器测试

ISO 844 - 硬质多孔塑料压缩性能测试