Испытание на сжатие может показаться очень простой процедурой, однако, на самом деле, это одно из наиболее сложных испытаний, которое часто приносит ошибочные результаты. Понятно, что испытание на сжатие проводят между двумя плоскими пластинами, однако, из-за разнообразия материалов, из которых может быть выполнен образец, от хрупких образцов до мягкой резины, каждый тип образца требует специального обращения.
Первая трудность – выравнивание. Пластины могут быть расположены не параллельно поверхности образца, следовательно, первоначальный контакт пластин с образцом – точечный контакт с краем образца. Он создает концентрацию напряжения, которая может повлечь за собой разрушение или вызвать изгиб образца и его преждевременное разрушение. Проблема выравнивания особенно актуальна с хрупкими материалами, меньше касается мягких, пластичных материалов.
Наше рекомендованное решение – пластины с подкладками сферической формы. Пластины выравниваются относительно поверхности образца, так что они располагаются параллельно друг другу. Однако, важно как пластина самостоятельно выравнивается. Для правильного выравнивания центр вращения пластины должен находиться в контакте с образцом. Когда центры вращения располагаются выше или ниже поверхности, процесс выравнивания вызывает боковое перемещение, которое может ограничить возможность опоры производить выравнивание или приложить нежелательную боковую нагрузку на образец. Мы рекомендуем использовать только одну пластину с подкладкой сферической формы.
Важность вышесказанного отражена в различных стандартах для испытаний на сжатие, которые ясно описывают данное требование. Например, стандарт ASTM E 9 указывает: «Сферическая поверхность блока должна определяться радиусом с началом координат на плоской поверхности, на которую опирается образец».
Несмотря на все вышесказанное, использование подкладки со сферической поверхностью заключает в себе свои трудности. В действительности, эта подкладка изменяет условия закрепления колонны при сжатии. Разница небольшая, если только образец не длинный (отношение длины к диаметру) и не расположен под углом от центральной оси пластины. Для разрешения данной проблемы обычно предпочитают, чтобы пластина была заблокирована для предотвращения вращения после того, как она была установлена на образце.Блокировка должна быть только на «ширину пальца» для предотвращения смещения осей, но достаточно жесткой, чтобы значительное вращение пластин было невозможно.
Вторая большая проблема – трение. При сжатии испытуемый образец подвергается боковому расширению и становится эластичным (эффект Пуассона) или пластичным (поддерживает постоянный объем). Однако, пластины обычно жесткие и не расширяются, и будучи в контакте с образцом через трение они будут препятствовать расширению образца. В результате образец приобретает цилиндрическую форму, возникнут поперечные напряжения, увеличивающие продольную жесткость образца. Все это приводит к ошибкам измерения. В отличие от выравнивания, данная проблема наиболее актуальна для пластичных материалов, хотя иногда ее нельзя игнорировать и для хрупких материалов.
Для минимизации трения, важно, чтобы пластины для сжатия были твердыми (по крайней мере 55 и гладкими; на них не должно быть концентрических колец, поскольку они только повышают трение. Часто распространена практика смазки поверхности маслом или другим смазочным материалом.
Большие пластины с гладкой поверхностью создают новую трудность – центрирование образца. Любое отклонение позиции образца по отношению к центральной оси нагрузочной нити приводит к изгибу образца. Если нагрузочная нить – пластины, подкладка сферической формы и испытательная рама – жестко фиксирована по бокам, возможность изгиба можно ограничить и свести к минимуму. Поскольку хрупкие образцы изначально жесткие не следует игнорировать возможность их изгиба, важно провести аккуратное выравнивание образцов. Самое широко распространенное решение – оснастить пластину концентрическими кольцами для визуального размещения. Отделка поверхности шлифованием, маркировка покрытия микро текстурами – единственный обязательный путь решения данной задачи.