抗压强度(英语:Compressive strength)为指定材料抵抗以同一轴线施加压力的能力,当压力超越抗压强度时,材料会出现脆断、塑性变形等不可逆的形变。混凝土的抗压强度可以超过50MPa(百万帕斯卡),但塑胶容器的抗压强度可以低于250N。[1]
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它与抗拉强度、剪切强度等都是评核材料强度的标准,对结构的设计很有帮助。材料的抗压强度并不一定与其抗拉强度等相若。陶瓷、混凝土的抗压强度高于抗拉强度;而复合材料的抗拉强度则倾向高于抗压强度。金属的抗压及抗拉强度较难比较,其在受压时可能会屈曲、碎裂或被剪切,在拉扯时会持续变幼或在其弱点断裂。
材料的抗压强度可以用万能材料试验机测量,这种机器小至可放于桌上、大至可产生53MN(百万牛顿)[2]的力量。测量抗压强度有一定的方法和条件规限,并以既定的标准记录。
简介
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当物质受到同一轴线的力而令物质在该轴线上的长度增加,该物为受到拉力,它内里原子与原子间的距离增加;当物质受到同一轴线的力而令物质在该轴线上的长度减少,该物为受到压力,它内里原子与原子间的距离减少。拉力亦使本身屈曲的材料伸直,压力使材料加大其屈曲的程度。此外,物质会自然产生抗拒形变的力,这是由于固体中的原子有保持距离一致的倾向。
形变(Strain)是材料的长度因应外力的改变:正形变在材料受拉力而增加,负形变在材料受压力而增加。
在抗压强度测试中,机器会稳定增加压力。当材料完全崩坏,机器此时所施与的压力则与抗压强度相若。通常崩坏时部分的材料会从侧面扩展或碎开。
参考右方的应力形变图,红点为该材料的抗压强度。左下方呈直线,显示材料在较低应力下遵守胡克定律,形变与应力成简单比例:。当中E为杨氏模数。在这情况下材料的形变是弹性的,当应力消失,物件会倾向回复原状。当应力足够大,开始打破胡克定律,这程度的力为材料的降伏强度。其后应力和形变的关系呈曲线,这形变是塑性的,应力消失后也无法回复原状。
应用
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![Thumb](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/eb/Barelling.svg/70px-Barelling.svg.png)
在工程项目中,工程应力更常被用到。它在现实中与真应力不同。以简单方程计算的压力与实际情况会有所出入。在基本的计算,同轴的压力为:
F为压力,而A为于材料受压力面的面积。然而,当材料受压时,其截面积会因而增加。因此工程应力的定义为压力除以材料的初始面积:
其工程应变的定义则为:
当中l为目前长度,l0为初始长度。抗压强度则对应工程应力形变图的点,算式为:
当中F*为崩坏前的压力,l*为崩坏前的长度。
此外由于测试时材料的两端均受压力,因此其截面积增加时会与机器的表面产生摩擦力,这种摩擦力会消耗一些能量。另外由于摩擦力材料的截面积会变得不平均:其中央会比两端更大,一种被称为Barrelling的现象。这些是实验误差的可能成因。
混凝土的抗压强度
在土木工程中,混凝土的抗压强度是一个主要的工程指标。混凝土分级的标准做法也是根据其抗压强度来分类。其分级以该混凝土的标准立方体试件或标准圆柱试件作抗压测试,而测试方法根据不同国家的规定有所不同。以印度为例,混凝土的标准抗压强度以标准养护条件下第28天的立方体试件(长宽高均为150毫米的正方体)作标准,其典型强度可预计不多于5%的测试结果与之不相符。[5]而设计上其抗压强度会再除以一个安全系数以作保险,其程度视乎设计的需要。
例子
材料 | Rs [MPa] |
陶瓷 | 500 |
骨骼 | 150 |
混凝土 | 20-80 |
冰 (0°C) | 3 |
保丽龙 | ~1 |