Полное руководство по машинам для испытаний на сжатие в промышленных лабораториях

Что на самом деле измеряет машина для испытания на сжатие

Машина для испытания на сжатие фиксирует взаимосвязь между приложенной силой и деформацией образца. Необработанный результат представляет собой кривую смещения нагрузки, которая затем преобразуется в инженерные значения, такие как прочность на сжатие (нагрузка при разрушении, деленная на площадь поперечного сечения), модуль упругости (наклон упругой области) и предел текучести для пластичных материалов.

Для бетона испытание обычно проводится следующим образом: АСТМ С39 или ЭН 12390-3 , где цилиндр размером 150х300 мм нагружается с постоянной скоростью 0,25–0,30 МПа/с до разрушения. Для металлов АСТМ Е9 регулирует испытания цилиндрических образцов на сжатие, уделяя особое внимание пределу текучести и модулю упругости, а не окончательному разрушению, поскольку большинство металлов не разрушаются при сжатии чисто, как это происходит с бетоном.

Основные типы машин для испытаний на сжатие

На рынке доминируют три архитектуры машин, каждая из которых подходит для разных размеров образцов, диапазонов нагрузок и бюджетов.

Сервогидравлические системы становятся все более предпочтительными даже при высоких мощностях, поскольку они поддерживают постоянная скорость загрузки в пределах ± 2% , что требуется большинством современных стандартов тестирования и уменьшает различия между операторами.

Ключевые характеристики, которые необходимо оценить перед покупкой

Выбор неправильной спецификации является наиболее распространенной причиной того, что в лабораториях оказывается оборудование, которое не может справиться с фактическим объемом испытаний или геометрией образца. Наибольшее значение имеют четыре характеристики.

Грузоподъемность и класс точности

Емкость должна превышать максимальную ожидаемую нагрузку отказов как минимум на 20% поддерживать показания в пределах калиброванного диапазона, поскольку большинство классов точности (ISO 7500-1, класс 1) гарантируют точность ±1% только в диапазоне от 20% до 100% полной шкалы, но не ниже нее.

Размер стола и дневной световой зазор

Диаметр стола должен соответствовать размеру самого большого образца с зазором со всех сторон; для бетонных цилиндров диаметром 150 мм стандартная минимальная плита составляет 216 мм, тогда как для испытаний кубов часто требуются плиты шириной до 300 мм.

Контроль скорости загрузки

Ищите машины с программируемой скоростью загрузки от от 0,05 до 5 мм/мин или stress-controlled rates in MPa/s, since different standards (ASTM, EN, GB) specify different rate ranges by material type.

Сбор данных и программное обеспечение

Интегрированное программное обеспечение, которое автоматически рассчитывает прочность на сжатие, генерирует кривые нагрузки-деформации и экспортирует отчеты в формате PDF или CSV, экономит значительное время по сравнению с ручными расчетами, особенно в лабораториях, проводящих более 50 испытаний в неделю.

Стандарты, регулирующие испытания на сжатие

Соответствие признанным стандартам не подлежит обсуждению для сертифицированных лабораторий, поскольку отчеты об испытаниях без возможности отслеживания стандартов обычно отклоняются клиентами, регулирующими органами или заказчиками.

• АСТМ С39 / C39M – Прочность на сжатие цилиндрических образцов бетона
• ЭН 12390-3 / 12390-4 – Испытания бетона, включая требования к производительности машины
• ISO 7500-1 – Проверка и калибровка статических одноосных испытательных машин.
• ASTM E9 – Испытание на сжатие металлических материалов при комнатной температуре.
• ГБ/Т 50081 – Китайский национальный стандарт испытаний механических свойств бетона.

Машины должны быть повторно откалиброваны по сертифицированному тензодатчику, по крайней мере. раз в 12 месяцев или чаще, если используется более 5000 циклов в год, чтобы обеспечить соответствие классам точности ISO 7500-1.

Распространенные ошибки, искажающие результаты тестов

Даже высококачественная машина выдает недостоверные данные, если процедура эксплуатации несовершенна. К наиболее частым ошибкам относятся следующие.

1. Нагрузка образцов со смещением от центра, что может снизить зафиксированную прочность на до 15% из-за неравномерного распределения напряжений.
2. Использование изношенных или неплоских валиков, которые создают точечную нагрузку вместо равномерного сжатия.
3. При применении значений нагрузки, выходящих за пределы стандартного диапазона, значения прочности на перекос увеличиваются или уменьшаются в зависимости от скорости.
4. Пропуск укупорки образцов или шлифовки бетонных цилиндров, что приводит к появлению неровных торцевых поверхностей, что приводит к преждевременному местному разрушению.
5. Отсрочка проверок калибровки, позволяющая дрейфу тензодатчиков оставаться незамеченным в течение нескольких месяцев.

Типичные применения в различных отраслях

Машины для испытаний на сжатие служат гораздо большему числу отраслей, чем только строительство, причем в каждой отрасли применяются разные типы образцов и критерии приемки.

• Строительство и гражданское строительство — бетонные кубики, цилиндры, кирпичи и брусчатка
• Металлы и производство – предел текучести отливок, поковок и конструктивных элементов.
• Упаковка – испытание на сжатие коробок (BCT) для транспортных коробок, часто с использованием ASTM D642.
• Полимеры и пены – испытание модуля сжатия по ASTM D695 или ISO 604.
• Керамика и композиты – анализ разрушения хрупких материалов для аэрокосмической и электронной промышленности.

Как выбрать подходящую машину для вашей лаборатории

Начните с перечисления максимальной ожидаемой нагрузки при отказе для всех тестируемых материалов, затем добавьте запас прочности не менее 20 %, чтобы определить требуемую мощность. Затем подтвердите, каким стандартам должны соответствовать ваши отчеты, поскольку это определяет требуемый класс точности и контроль скорости загрузки.

Для лабораторных испытаний менее 20 образцов в неделю ручная или полуавтоматическая гидравлическая машина обычно достаточна и более экономична. Лабораториям, работающим с большими объемами работ или требующим подробных данных о нагрузке и деформации, следует инвестировать в сервоуправляемую систему с программным обеспечением для автоматической отчетности, поскольку время, сэкономленное на расчетах и ​​документации, обычно компенсирует более высокие первоначальные затраты в течение 12–18 месяцев.

Рекомендации по техническому обслуживанию и калибровке

Регулярное техническое обслуживание продлевает срок службы машины и обеспечивает точность испытаний. Проверяйте плиты на предмет плоскостности и износа перед каждым сеансом испытаний и заменяйте их, если отклонение поверхности превышает 0,02 мм , типичный допуск, указанный в ASTM C39.

В гидравлических системах уровни жидкости и уплотнения должны проверяться ежемесячно, а датчики веса требуют ежегодной калибровки по отслеживаемому эталонному стандарту. Ведение журнала калибровки с датами, результатами и подписью технического специалиста необходимо для прохождения аудитов аккредитации сторонних лабораторий, таких как ISO/IEC 17025.