压缩测试解释：定义、目的、应用和方法
压缩测试是一种广泛使用的机械测试，可以为材料在承受压缩载荷时的行为提供有价值的见解。该测试对于为航空航天、汽车和建筑等行业的各种应用选择合适的材料至关重要。本文将深入探讨压缩测试的定义、目的、应用、压缩测试的工作原理以及执行压缩测试所涉及的步骤。
什么是压缩测试？
压缩测试是一种机械测试，用于确定材料在承受压缩载荷时的行为。从压缩测试中收集的数据有助于了解不同材料的机械性能，这对于为不同应用（尤其是建筑和工程行业）选择合适的材料非常有价值。
压缩测试如何进行？
在压缩测试中，材料样本被放置在测试机的两个板或钳口之间。这可以是万能试验机的形式，用测力传感器测量所施加的力。对样品施加压缩力，直至其达到特定变形或直至断裂。可以使用挠度计或引伸计等附加装置来测量样品的挠度或压缩应变。
压缩形变测试示意图。
压缩测试的目的是什么？
压缩测试的目的是通过测量应变、应力和变形等关键参数来确定材料的行为或对压缩载荷的响应。压缩测试可以确定材料的压缩强度、最大承载能力、屈服强度、弹性模量和弹性极限等特性。
一旦了解了这些不同的因素以及与特定材料相关的值，就可以评估该材料是否适合给定的应用，或者它是否会在给定的应力下失效。
何时使用压缩测试？
压缩测试用于演示材料对压缩的反应。它们可用于评估材料的塑性流动行为和延性断裂极限。它们还确定材料如何响应破碎载荷。压缩试验对于评估脆性或低延展性材料的弹性和压缩断裂特性至关重要。
弹性模量、压缩屈服点、比例极限、抗压强度和最大抗压强度均可通过压缩实验确定。这些特性在确定材料是否适合给定应用或在给定应力下是否会失效方面发挥着关键作用。
压缩测试应用在哪里？
有多个行业使用压缩测试。部分主要行业如下：
1。航空航天和汽车工业
压缩测试是航空航天和汽车行业的重要组成部分。它们用于测量发动机部件、结构部件和其他关键部件所用材料的抗压强度。例如，在航空航天工业中，压缩测试用于测试制造飞机机翼、机身和发动机零件所用材料的强度。在汽车行业，压缩测试用于测试制造发动机缸体、曲轴、弹簧和其他部件所用材料的强度。
2。建筑业
在建筑行业中，压缩测试用于确定混凝土、水泥和其他建筑材料的抗压强度。这些测试对于确保建筑材料满足所需的强度标准并能够承受结构的重量和压力至关重要。压缩测试还用于测量屋面板、隔热板和建筑板材的压缩性能，以及对石膏板、管道和喷射混凝土进行压痕测试。
3。化妆品行业
压缩测试是化妆品行业的重要组成部分，其应用方式如下：
- 对喷雾器和分配泵进行执行器力测试。
- 口红、润唇膏和眼线笔断裂强度测试。
- 眼影和粉饼压制时的强度。
- 测量从瓶子和小袋中分配面霜和乳液所需的力。
4。电气和电子行业
在电气和电子行业中，压缩测试用于测试绝缘体、连接器、液晶屏、键盘和其他组件的抗压强度。这些测试对于确保组件能够承受其他组件和设备的压力和重量而不会随着时间的推移而破裂或退化至关重要。
5。医疗器械行业
医疗行业是另一个对压缩测试有多种用途的行业。其中一些包括：
- 针的三点弯曲测试。
- 定量吸入器和笔式注射器的驱动力测试。
- 手术刀和针的锋利度、插入力和穿透力测试。
- 注射器柱塞驱动和“行进”力评估。
6。包装行业
在包装行业中，压缩测试用于测试纸板、纸板和其他包装材料的抗压强度。这些测试对于确保包装能够承受内部产品的重量和压力而不破裂或撕裂至关重要。
7。纸和纸板行业
压缩测试在造纸和纸板行业中进行，用于测试纸板的抗压强度。
8。塑料、橡胶和弹性体行业
橡胶、塑料和弹性体行业的压缩测试主要包括鉴定聚合物在负载下的压缩特性。
9。安全、健康、健身、休闲产业
压缩测试在安全、健康、健身和休闲行业的一些应用包括：
- 测试网球、高尔夫球和板球的有效性。
- 汽车座椅安全带压缩测试。
如何进行压缩测试？
压缩测试的工作原理是使材料承受压缩力，直到达到指定的变形或断裂。该过程通常涉及以下步骤：
- 样品的制备：根据检测标准选择并制备待测材料的样品。样品可以是圆柱形或立方体形状，具体取决于测试的要求。
- 样品的安装：样品安装在测试机的两个板或钳口之间。该机器可以使用液压、气动或机械力向样品施加负载。
- 施加力：以恒定速率向样品施加压缩力，直到达到指定的变形或断裂。在测试过程中，测量并记录施加的力和产生的变形。
- 结果分析：测试过程中收集的数据用于计算材料的各种性能，包括压缩强度、弹性模量和变形特性。
压缩应力测试示意图。
什么是压缩测试设备？
使用具有通用兼容性的测试设备进行压缩测试。这些设备的作用力范围为 0.02 N 至 2,000 kN，通常提供各种尺寸。万能试验机必须配备引伸计、专用压板和测试软件。根据被测材料的类型，只需更换夹具即可调整单台机器以测试其力范围内的任何材料。
在压缩测试中，将材料样品夹在两个压缩测试机板或钳口之间，并压缩至预定变形或直至破裂。
常见的压缩测试结果有哪些
压缩测试结果会因材料的不同而有所不同，并且还会因用户测试所需的属性而有所不同。
压缩测试有哪些类型？
下面列出并讨论了不同类型的压缩测试：
1。单轴压缩测试
单轴压缩测试是最常见和基本的压缩测试类型。它涉及在单轴上对测试样本施加压缩载荷，通常在万能试验机的两个平板之间。该测试用于评估多种材料的压缩强度、弹性模量、屈服点和变形行为。
单轴测试特别适用于金属、塑料、陶瓷、混凝土和复合材料等材料。试件通常为圆柱形或立方体形状，测试在受控的变形速率下进行，直至失效或达到指定应变。
2。弹簧测试
弹簧测试是一种测试压缩弹簧以测量其性能特征的方法。将弹簧放入压缩测试机中并压缩直至所有线圈接触，然后机器确定以下特性：
- 实体高度：弹簧完全压缩时的高度。
- 最大负载：完全压缩弹簧所需的力。
- 自由长度：弹簧在无负载情况下的长度。
- 弹簧刚度：将弹簧压缩一定距离所需的力。
3。顶部负载/挤压
顶部负载测试是通过向样本施加向下的力来测量其抗压性能。这可以在任何类型的样本上进行，但通常用于包装行业，以测试塑料瓶、纸盒和罐子等容器的抗压强度。
压缩测试标准是什么？
压缩测试有许多行业标准，由不同的组织维护，例如：
金属
ASTM E9-89a – 金属材料室温压缩测试的标准测试方法
涵盖金属材料在室温下进行轴向载荷压缩测试的设备、样本和程序。
塑料
ISO 844:2021 – 硬质泡沫塑料 – 压缩性能的测定
规定了测定刚性泡沫塑料的压缩强度、10%相对变形时的应力和压缩模量的方法。
ISO 15527:2007 – 塑料 – 聚乙烯压塑板（PE-UHMW、PE-HD） – 要求和测试方法
规定了不含填料或增强材料的实心扁平聚乙烯压塑板的要求和测试方法。
ASTM D6713-01 – 由聚偏二氟乙烯 (PVDF) 制成的挤出和压缩成型形状的标准规范
涵盖由 PVDF 制成的挤出和压缩成型形状的要求和测试方法。
橡胶和弹性体
ISO 7743:2008 – 硫化橡胶或热塑性塑料 — 压缩应力-应变特性的测定
规定了使用标准试件测定硫化或热塑性橡胶的压缩应力-应变特性的方法。
ASTM D575 – 压缩橡胶性能的标准测试方法
确定橡胶化合物的压缩-变形特性。
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ASTM C864-05 – 致密弹性压缩密封垫圈、定位块和垫片的标准规范
涵盖用于密封和玻璃应用的预成型致密弹性体压缩垫圈和配件。
纸和纸板
ISO 9895:1989 – 纸和纸板 – 抗压强度 – 短跨度测试
规定了使用短跨度压缩试验机测定纸和纸板的纵向和横向抗压强度的方法。
建筑材料
BS EN 12365-2:2003 – 建筑五金件 – 门、窗、百叶窗和幕墙的垫圈和挡风雨条 – 第 2 部分：线性压缩力测试方法
规定了确定建筑硬件中使用的垫片和挡风雨条的线性压缩力的测试方法。
压缩测试有什么好处？
压缩测试有很多好处，包括：
- 与其他类型的测试相比，它通常更具成本效益。
- 它可以在多种材料上进行。
- 这是一项成熟的技术，如果执行正确，可以提供可靠的结果。
压缩测试有哪些局限性？
压缩测试有一些限制，包括：
- 仅提供有关材料的抗压强度和相关属性（例如弹性模量和屈服点）的信息。
- 这可能很耗时。
- 必须以非常特定的方式制备测试样本，这不仅成本高昂，而且会影响结果的准确性。
- 结果的准确性可能会受到环境因素（例如温度）以及操作员错误（例如错误加载样本）的影响。
压缩测试准确吗？
是的，只要使用高质量的机器和测试程序，压缩测试就可以非常准确。然而，有多种因素可能会降低测试的准确性，例如不一致的测试设置、低质量的机器或校准不当的机器。通过减轻这些因素，压缩测试可以达到非常高的精度。
拉伸测试和压缩测试有什么区别？
拉伸测试和压缩测试之间的区别在于，拉伸测试会施加拉伸应力或拉力。另一方面，通过压缩测试，会施加压缩应力或推力。
摘要
本文介绍了压缩测试，解释了它们是什么，并讨论了它们的目的和类型。要了解有关压缩测试的更多信息，请联系 Xometry 代表。
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迪恩·麦克克莱门茨
Dean McClements 是机械工程荣誉学士学位毕业生，在制造业拥有二十多年的经验。他的职业生涯包括在 Caterpillar、Autodesk、Collins Aerospace 和 Hyster-Yale 等领先公司担任重要职务，在那里他对工程流程和创新有了深入的了解。
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