압축강도란?- 정의, 공식

압축강도란?

역학에서 압축 강도 또는 압축 강도는 크기를 줄이는 경향이 있는 하중을 견디는 재료 또는 구조의 용량입니다. 즉, 압축 강도는 압축에 저항하고 인장 강도는 인장에 저항합니다. 재료의 강도 연구에서는 인장 강도, 압축 강도 및 전단 강도를 독립적으로 분석할 수 있습니다.

압축 강도는 적용될 때 해당 재료 또는 구조 요소의 크기를 줄이는 하중을 견디는 특정 재료 또는 구조 요소의 능력을 나타냅니다. 샘플이 파손되거나 변형될 때까지 테스트 샘플의 상단과 하단에 힘을 가합니다.

콘크리트 및 암석과 같은 재료는 종종 압축 강도 시험을 사용하여 평가되며 이러한 경우 파단이 발생합니다.

강철과 같은 재료도 압축강도를 시험할 수 있으며, 연성재료의 경우 변형이 일어나는 경향이 있다. 초기에 연성 재료는 내부 구조를 조정하여 적용된 하중을 수용할 것입니다(소성 흐름이라고 하는 프로세스).

변형이 한 영역에 집중되면 소성 흐름이 멈추고 재료가 파손됩니다. 연성 금속의 경우 인장 강도는 일반적으로 측정 및 비교에 선호되는 지표입니다. 이는 인장 응력이 재료를 분리하는 데 필요한 힘을 측정하기 때문에 소성 흐름 현상에 더 적합합니다.

압축 강도 테스트는 압축 강도가 방정식을 사용하여 계산됩니다.

 

 

압축 강도 공식

압축 강도를 계산하는 공식은 F = P/A입니다. 여기서

F=압축강도(MPa)
P=재료에 대한 최대 하중(또는 파손될 때까지의 하중)(N)
A=하중을 견디는 재료의 단면적(mm2)

 

압축강도 소개

압축 강도는 연성 파괴(무한 이론 항복) 또는 취성 파괴(균열 전파의 결과로 인한 파열 또는 약한 평면을 따라 미끄러짐) 방식으로 재료의 파괴로 이어지는 제한된 압축 응력 상태입니다.

압축 강도는 재료, 구성 요소 및 구조에서 측정됩니다. 정의에 따르면 재료의 극한 압축 강도는 재료가 완전히 파손될 때 도달하는 단축 압축 응력의 값입니다.

압축 강도 측정은 특정 시험 방법 및 측정 조건의 영향을 받습니다. 압축 강도는 일반적으로 특정 기술 표준과 관련하여 보고됩니다.

콘크리트 및 세라믹은 일반적으로 인장 강도가 높은 것보다 압축 강도가 훨씬 높습니다. 유리 섬유 에폭시 매트릭스 복합재와 같은 복합 재료는 압축 강도보다 인장 강도가 더 높은 경향이 있습니다.

콘크리트는 일반적으로 인장력이 강한 재료로 보강됩니다. 압축 강도는 콘크리트의 사양 요구 사항 및 품질 관리에 널리 사용됩니다. 엔지니어는 목표 인장(굴곡) 요구 사항을 알고 이를 압축 강도로 표현합니다.

콘크리트 압축 강도 요구 사항은 주거용 콘크리트의 경우 2,500psi에서 상업용 구조물의 경우 4,000psi 이상까지 다양합니다. 특정 응용 분야에는 최대 10,000psi 이상의 더 높은 강도가 지정됩니다.

연성 및 취성 재료의 경우 압축 강도는 일반적으로 인장 강도보다 훨씬 높습니다. 이에 대한 예외는 장력이 강하지만 쉽게 부서지는 유리 섬유와 같은 섬유 강화 복합 재료를 포함합니다.

그러나 입자보강 복합재료인 콘크리트는 인장력보다 압축력이 훨씬 강해 인장력에 노출되면 강봉으로 보강해야 합니다.

 

압축 강도가 가장 높거나 낮은 재료

취성 재료 그룹 내에서 암석과 같은 재료는 140MPa의 더 높은 압축 강도를 갖는 경향이 있습니다. 사암과 같은 부드러운 변형은 약 60MPa의 낮은 압축 강도를 갖는 경향이 있습니다.

대부분의 구조용으로 사용되는 연강과 같은 연성 재료의 압축 강도는 약 250MPa입니다.

 

높거나 낮은 압축 강도가 필요한 응용 분야

콘크리트의 경우 초고강도 콘크리트를 사용하여 고속도로 교량과 같이 무거운 하중과 응력을 견뎌야 하는 구조물을 시공할 수 있는 반면, 일반 가정용 포장용으로는 콘크리트의 압축강도가 30MPa정도 입니다.

 

실제 응력에서 엔지니어링 응력의 편차

엔지니어링 설계 실무에서 전문가는 대부분 엔지니어링 스트레스에 의존합니다. 실제로 진정한 스트레스는 엔지니어링 스트레스와 다릅니다. 따라서 주어진 방정식에서 재료의 압축 강도를 계산하면 정확한 결과를 얻을 수 없습니다. 이것은 단면적 A0이 변화하고 하중 A = φ(F)의 일부 함수이기 때문입니다.

따라서 값의 차이는 다음과 같이 요약될 수 있습니다.

압축 시 시편이 짧아집니다. 재료는 측면 방향으로 퍼지는 경향이 있어 단면적이 증가합니다.

압축 시험에서 시편은 가장자리에서 고정됩니다. 이러한 이유로 측면 확산에 반대하는 마찰력이 발생합니다. 이는 이 마찰력에 반대하는 작업을 수행해야 하므로 프로세스 중에 소비되는 에너지가 증가합니다. 이로 인해 실험에서 얻은 응력 값이 약간 정확하지 않습니다.

마찰력은 시편의 전체 단면에 대해 일정하지 않습니다. 클램프에서 멀리 떨어진 중앙의 최소값에서 클램프가 고정되는 가장자리의 최대값까지 다양합니다. 이 때문에 시편이 배럴 모양이 되는 경우 배럴링(barreling)으로 알려진 현상이 발생합니다.