บทที่ 7 การทดสอบแรงอัด Compression Test 1302 423 Industrial Materials Testing Dr. Sukangkana Lee

ทิศทางของแรงอัดจะตรงข้ามกับการทดสอบโดยการดึง วัตถุประสงค์หลักของการทดสอบ ทดสอบความต้านทานต่อแรงกดอัดของวัสดุ ศึกษาลักษณะการเสียรูป หรือแตกหักของชิ้นงาน

ลักษณะของการทดสอบแรงอัด การทดสอบโดยการอัด นิยมใช้ทดสอบวัสดุที่มีคุณสมบัติเปราะ เช่น เหล็กหล่อ หรือคอนกรีต เพราะจะให้ผลการทดสอบถูกต้องแน่นอนกว่าการทดสอบกับโลหะเหนียว การทดสอบเริ่มจากเพิ่มแรงอัดอย่างช้าๆ และสม่ำเสมอ จนกระทั่งชิ้นงานเสียรูป และแตก รูปร่างของชิ้นงานจะเป็น ทรงกระบอก หรือลูกบาศก์

4. การเสียรูปอาจจะมีลักษณะพองออก เหมือน รูปถัง (Barrel) ซึ่งจะไม่เกิดคอคอดเหมือนกับการทดสอบ โดยการดึง F F

ข้อควรระวังในการทดสอบ ส่วนปลายชิ้นทดสอบ จะต้องตกแต่งหรือเตรียมให้พื้นผิวราบและตั้งฉากกับแกนชิ้นทดสอบ เพราะจะทำให้แรงอัดสามารถกระทำได้ตามแนวแกนชิ้นทดสอบ ชิ้นงานเอียงเนื่องจากแรงอัดไม่กระทำตามแนวแกนและมีแรงเสียดทาน

ชิ้นงานโก่งงอเนื่องจากชิ้นทดสอบอาจสูงเกินไป ขณะทดสอบมักจะเกิด การโก่งงอได้ ซึ่งเรียกว่า Buckling หรือเกิดการดัดเนื่องจาก มีความเค้นดัด (Bending stress) เนื่องจากชิ้นทดสอบมีความสูงเกินไป เมื่อเทียบกับพื้นที่หน้าตัด ชิ้นงานโก่งงอเนื่องจากชิ้นทดสอบอาจสูงเกินไป

เนื่องจากการขยายตัวออกทางด้านข้างของชิ้นทดสอบ ส่งผลให้ เกิดความเสียดทานบริเวณผิวสัมผัสระหว่างแท่นรองรับ (Bearing block) กับปลายชิ้นทดสอบ จะเป็นผลทำให้เกิดระบบความเค้นที่ซับซ้อน ซึ่งก่อให้เกิดความยุ่งยากมากในการคำนวณหาความเค้นที่ถูกต้อง

ในทางปฎิบัตินิยมเลือกใช้ชิ้นทดสอบที่มีขนาด ความสัมพันธ์ระหว่างส่วนสูงและพื้นที่หน้าตัดของชิ้นทดสอบ จะต้องมีอัตราส่วนตามมาตรฐานและเหมาะสมกับเครื่องทดสอบ ในทางปฎิบัตินิยมเลือกใช้ชิ้นทดสอบที่มีขนาด ความสูง (h) ประมาณ สองเท่า ของเส้นผ่านศูนย์กลาง (d) ( h2d )

พฤติกรรมของวัสดุภายใต้แรงอัด 1. วัสดุเปราะ เช่น เหล็กหล่อ และ คอนกรีต เมื่อได้รับแรงอัดสูงเกินกว่าความสามารถที่จะรับไว้ได้ ก็จะเกิดการแตกทันที โดยไม่เกิดการเปลี่ยนแปลงขนาดรูปร่าง

รอยแตกของโลหะเปราะภายใต้แรงอัด จะมีรอยแตกทำมุมประมาณ 45 องศา กับแนวแรง แสดงว่าแตกหักด้วย แรงเฉือน (Shear) ทั้งนี้เพราะว่าวัสดุเปราะ มีค่า ความแข็งแรงเฉือนสูงสุดต่ำกว่า ความแข็งแรงอัดสูงสุด และความแข็งแรงดึงสูงสุด 45°

2. โลหะเหนียว เช่นเหล็กกล้า และ อลูมิเนียม เมื่อได้รับแรงอัดสูงเกินกว่าความแข็งแรงที่จุดคราก ก็จะเกิดการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง โดยมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางขยายโตขึ้น พองออกเหมือนถัง (Barrel shape) ซึ่งทำให้มีพื้นที่รองรับแรงอัดได้เพิ่มขึ้น

d h จากมาตรฐาน ASTME9 ได้กำหนดสัดส่วนของชิ้นงานที่เหมาะสมไว้ดังนี้ 1. Short specimen h=0.9d เหมาะสำหรับ Bearing metal 2. Medium specimen h=3d เหมาะสำหรับการทดสอบทั่วไป 3. Long specimen h=8d เหมาะสำหรับการหาค่า Modulus of elasticity Z d h Y X

Mechanical properties Percent of compression 60 50 40 30 20 10 0 Compressive strength Zn 500 1000 1500 Steel Cast iron โลหะส่วนใหญ่จะมีค่าความต้านทานแรงอัดสูงสุด (Ultimate compressive strength) มากกว่า ความต้านทานแรงดึงสูงสุด (Ultimate tensile strength)

Δh hO dO df hf Vertical strain Horizontal strain

Compression strength Poission ratio Young’s Modulus (Elastic limit)

วิธีการทดสอบ แท่นกดบน แท่นกดล่าง specimen Spherical seat Spherical Bearing block Bearing block

Spherical Bearing block Spherical seat Bearing block

Spherical seat จะช่วยกระจายแรงอัดให้สม่ำเสมอทั่วทั้วพื้นที่หน้าตัด การอัดต้องอัดตามแนวแกน และจากเพิ่มแรงอัดอย่างช้าๆ และสม่ำเสมอ สิ้นสุดการทดสอบเมื่อ วัสดุเปราะ อัดจนชิ้นทดสอบแตก วัสดุเหนียว อัดจนชิ้นทดสอบมีความสูงเหลือเพียง หนึ่งในสาม ของความสูงเดิม บันทึกค่าแรงอัดสูงสุด