บทที่ 5: characteristics of tests -...

1

MATERIALS TESTING: Lecture

By

Dr. Sittichai SeangatithSCHOOL OF CIVIL ENGINEERING

INSTITUTE OF ENGINEERINGSURANAREE UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

2

5.1.1 บทนาสมบตทางกลของวสดภายใตแรงดงทสาคญไดแก

- Proportional limit- Yielding stress- Ultimate stress- Fracture stress- Percent of elongation- Percent of area reduction- Modulus of elasticity- Modulus of resilience

บทท 5: Characteristics of Tests5.1 Static Tension

3

การทดสอบแรงดงหรอแรงกดอดอยางไหนมความเหมาะสมมากกวากน?ความเหมาะสมของวสดทถกทดสอบ- โลหะมกจะถกนามาใชในโครงสรางเพอรบแรงดงเพราะมกาลงรบ

แรงดงทสง แตวสดเปราะ เชน คอนกรตและอฐ มกจะถกนามาใชในโครงสรางเพอรบแรงกดอดเพราะมกาลงรบแรงกดอดสง แตกาลงรบแรงดงตา

4

ความยากและความซบซอนในการจบยดตวอยางทดสอบ

5

ความแตกตางของสมบตของวสดภายใตแรงดงและแรงกดอด- ไมเปนวสดทมกาลงรบแรงดงทคอนขางสง แตไมไมสามารถนามาใช

ในโครงสรางรบแรงดงไดอยางมประสทธภาพ เนองจากไมมกาลงรบแรงเฉอนทตา ทาใหเกดการวบตทจดเชอมตอไดงาย ดงนน ไมมกจะถกนามาใชในโครงสรางเพอรบแรงกดอดเปนหลก

6

5.1.2 ตวอยางทดสอบ หนาตดทรงกลม สเหลยม

ดานเทา หรอ สเหลยมผนผา ปลายทงสองของตวอยาง

ทดสอบจะถกขยายใหใหญกวาบรเวณกงกลางของตวอยางทดสอบ Why??

ลกษณะของตวอยางทดสอบทไมควรนามาใชในการทดสอบ

7

ตวอยางทดสอบมาตรฐาน ASTM E8เหลกหลอเหลกเหนยว

8

กาลงรบแรงดงของคอนกรตมกถกหาโดยใช splitting tensile test ตามมาตรฐาน ASTM C496 โดยตวอยางทดสอบรปทรงกระบอกขนาด 150x300 mm และจะถกกระทาโดยแรงกดอด

แรงกดอดนทาใหเกด arch action ซงทาใหเกดแรงดงในแนวราบและทาใหเกดการแตกราวในแทงคอนกรตในแนวดง

ldPfct π

2=

9

5.1.3 เครองมอและขนตอนการทดสอบดในคมอปฏบตการทดสอบวสด

- ปฏบตการท 2 การทดสอบหา Poisson’s ratio ของยาง- ปฏบตการท 3 สาหรบเหลกเหนยวและเหลกหลอ- ปฏบตการท 7 สาหรบคอนกรต

5.1.4 Observationsลกษณะความบกพรองของตวอยางทดสอบชนดของเครองมอทใชในการทดสอบความเรวในการทดสอบพฤตกรรมในชวงตางๆ ของวสด โดยเฉพาะชวงทพฤตกรรมเปลยนจาก elastic เปน plasticลกษณะการวบต 10

Load-controlling test Versus Displacement-controlling test

11

ลกษณะการวบตของตวอยางทดสอบ - รปแบบ

- ลกษณะความหยาบละเอยด- สของรอยแตกหก

- รปแบบของรอยแตกหก- รปแบบทสมมาตรคอ cup-cone, flat, และ irregular- รปแบบทไมสมมาตรคอ partial cup-cone, flat, และ irregular

- ลกษณะความหยาบละเอยด (silky, fine grain, coarse grain, fibrous, crystalline, glassy, dull) 12

5.1.5 ผลกระทบของตวแปรตางๆ ตอการทดสอบแรงดงและแรงกดอดการเยองศนย (Eccentricity) ของแรงกระทา

การทแรงกระทาตอตวอยางทดสอบไมอยในแนวแกนของตวอยางทดสอบจะทาใหการกระจายของหนวยแรง (stress) บนหนาตดของตวอยางทดสอบมคาไมคงท

ความเรวในการทดสอบ (Test speed)กาลงของวสดจะมคาเพมขนและคา ductility ของวสดจะมคาลดลง

เมอความเรวในการทดสอบมคามากขน

13

5.1.6 การวบตของเหลกเหนยวและเหลกหลอภายใตแรงดง

การวบตของเหลกหลอเกดจากการแยก (separation)ของระนาบของผลกของเหลก ซงเกดจากหนวยแรงดงในระนาบททามม ≈ 90o กบแนวแกนของตวอยางทดสอบ

การวบตของเหลกเหนยวเกดจากการเลอน (slip) ของระนาบของผลกของเหลกเนองจากหนวยแรงเฉอน โดยระนาบดงกลาวทามม ≈ 45o กบแนวแกนของตวอยางทดสอบ

14

,0 ,02 2

x yC Cσ σ σ⎡ ⎤+⎛ ⎞ ⎡ ⎤=⎢ ⎥⎜ ⎟ ⎢ ⎥⎣ ⎦⎝ ⎠⎣ ⎦

2 22

2 2 2x y

xyRσ σ σ στ

−⎛ ⎞ ⎛ ⎞= + = =⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠

xσ σ=0y xyσ τ= =

เหลกหลอ gray cast iron - คา tensile ultimate strength = 240 MPa- คา shear ultimate strength = 510 MPa

240 MPa

120 MPa

Failure due to normal stress

การวบตของเหลกหลอในกรณ tension

120 MPa

60 MPa

15

σ = 100

τ = 50

200

100

240

120

เหลกหลอ gray cast iron - คา tensile ultimate

strength = 240 MPa- คา shear ultimate strength

= 510 MPa


16

การวบตของเหลกเหนยวในกรณ tension

620 MPa

310 MPa

Failure due to shear stressเหลกเหนยว (0.2% carbon)

- คา true tensile fracture strength = 713 MPa

- คา shear ultimate strength = 310 MPa

17

เหลกเหนยว (0.2% carbon)- คา true tensile fracture

strength = 713 MPa- คา shear ultimate strength =

310 MPa

σ = 100

τ = 50

200

100

300

150

400

200

500

250

600

300

620

310

Failure due to shear stress

18


strength = 713 MPa- คา shear ultimate

strength = 310 MPa



strength = 255 MPa

ทบทวน: เมอหนวยแรงดงเปลยนจากกระทาในแนวแกน x ไปกระทาในแนวแกน y จงใชขอมลตอไปนทาการพสจนลกษณะการวบตของเหลกทงสองประเภทเมอ

19

การวบตของคอนกรตโดย splitting tensile test

เนองจากคอนกรตมกาลงรบแรงดงทตามากๆ เมอเทยบกบกาลงรบแรงกดอด ดงนน การแตกราวของตวอยางทดสอบจงอยในแนวเสนผานศนยกลางของตวอยางทดสอบ

20

5.2 Static Compression5.2.1 บทนา

สมบตทางกลของวสดภายใตแรงกดอดทเราสนใจไดแก- Compressive stress at proportional limit- Yielding compressive stress- Ultimate compressive stress- Modulus of elasticity- Modulus of resilience

21

ปจจยทตองพจารณาความยาก/งายในการใหแรงกดอดกระทาผานจด centroid ของหนาตด

- ถาเกดการเยองศนยของแรงขน แรงดงกลาวจะกอใหเกด bending stress ขนในตวอยางทดสอบและจะทาใหตวอยางทดสอบมกาลงตากวาทควรเปน

22

แรงกดอดมกจะทาใหเกดการโกงเดาะ (buckling) ในตวอยางทดสอบทชะลดมากๆ

- เพอปองกนการโกงเดาะ ตวอยางทดสอบจะตองมพนทหนาตดทใหญและสนอยางพอเพยง ซงทาใหเกดผลกระทบคอ เครองทดสอบทใชตองมกาลงสงมากและตองใชเครองมอวดการหดตวทมความถกตองสง ทาใหมคาใชจายในการทดสอบสง

23

แรงเสยดทานทเกดขนทผวสมผสระหวางหวกดกบตวอยางทดสอบ- ปองกนการขยายตวทางดานขางของตวอยางทดสอบเนองจาก

Poisson’s effect ซงทาใหตวอยางทดสอบรบหนวยแรงเนองจากแรงเสยดทานดงกลาวดวยและทาใหตวอยางทดสอบมกาลงตากวาทควรเปน

ลดไดโดยใช capping ดวย sulfur หรอปนขาว

24

5.2.2 ตวอยางทดสอบ

ตวอยางทดสอบแรงกดอดของโลหะตามมาตรฐาน ASTM E9

เพอปองกนไมใหเกดการ buckling - ความยาวสงสดของตวอยางทดสอบมคาไดไมเกน 10 เทาของเสนผานศนยกลาง เพอปองกนผลของแรงเสยดทานทผวสมผสระหวางหวกดกบตวอยางทดสอบ - ตวอยางทดสอบไมควรสนกวา 2 เทาของเสนผานศนยกลาง

25

ตวอยางทดสอบแรงกดอดของคอนกรตตามมาตรฐาน ASTM C 31

ดงนน ตวอยางทดสอบรปทรงกระบอกทนยมใชมากทสดจงมขนาดเสนผาศนยกลาง 150 mm และสง 300 mm และตวอยางทดสอบรปทรงสเหลยมดานเทาจงมขนาด 150 mm x150 mm x150 mm

ตวอยางทดสอบรปทรงกระบอกมขนาดเสนผานศนยกลางทใหญกวาขนาดใหญสดของมวลรวมไมนอยกวา 3 เทา

และ เนองจากขนาดใหญสดของมวลรวมทใชในการกอสรางมคาอยในชวง 25-51 mm

26


- ปฏบตการท 5 การทดสอบแรงกดอดของไมในแนวขนานเสยนและตงฉากกบเสยน

- ปฏบตการท 6 การทดสอบแรงกดอด แรงดด และการดดซมนาของอฐดนเผา

- ปฏบตการท 7 การทดสอบแรงกดอดและแรงดงของคอนกรต

27

จากนน ตวอยางทดสอบจะมพฤตกรรมแตกตางกน เนองจากแรงกดอดทาใหตวอยางทดสอบมการขยายตวทางดานขางและมพนทหนาตดเพมขน และทาให stress-strain curve มความชนเพมขน

5.2.4 Observations ในชวงทตวอยางทดสอบมพฤตกรรมแบบยดหยน stress-strain curve จากการทดสอบแรงกดอดจะมลกษณะทคลายคลงกบสวนแรกของ stress-strain curve จากการทดสอบแรงดง

28

ลกษณะการวบตของวสดภายใตแรงกดอดhot-rolled steel เกดการวบตโดยมการเปลยนแปลงรปรางทสงมากโดยไมมการแตกหกเกดขนgray cast iron และ aluminum alloy มการวบตโดยมการแตกหก แต aluminum alloy จะมการเปลยนแปลงรปรางทสงกอนการวบตแบบแตกหก คอนกรตมการแตกราวเกดขนในแนวเอยงกอนการวบต

29

ลกษณะการวบตภายใตแรงกดอดในวสดเปราะเปนการวบตเนองจากการเฉอน (shear failure) แบงออกไดเปน 3 แบบคอ

Shear cone หรอ Hourglass ซงพบมากในการทดสอบแรงกดอดของปนกอ (mortar) รปทรงสเหลยมดานเทา

Shear plane ซงพบมากในการทดสอบแรงกดอดของเหลกหลอและคอนกรตรปแทงทรงกระบอก

Shear cone และการแตกราวดานบน ซงจะพบมากในการทดสอบแรงกดอดของคอนกรตรปแทงทรงกระบอก

30

Shear plane ของเหลกหลอมคา ~45o ซงพสจนไดโดยใช Mohr’s circle แต shear plane ของคอนกรตรปแทงทรงกระบอกจะอยในชวง 50o ถง 60o ????

1. คอนกรตเปนวสดทมสมบต nonhomogeneous material ทาใหรปแบบของ stress ทเกดขนในเนอวสดมคาเปลยนไปจากจดหนงไปยงอกจดหนง และหนวยแรงทกระทาตอเนอวสดมทงหนวยแรงกดอดและหนวยแรงเฉอน

2. แรงเสยดทานทเกดขนทผวสมผสระหวางหวกดกบตวอยางทดสอบเนองจากการขยายตวทางดานขาง ทาใหสภาวะของ stress ทเกดขนในเนอวสดมความซบซอนมาก โดยเฉพาะอยางยงในตวอยางทดสอบทสนมากๆ

31

การวบตของคอนกรต

32

ลกษณะการวบตของไม - แตกตางจากของคอนกรตและเหลกหลอ เนองจากไมประกอบดวยเสยนไมจานวนมากทมการจดเรยงตวไปในทศทางใดทศทางหนง

ไมทถกแรงกระทาโดยแรงกดอดในแนวตงฉากกบเสยนไมจะเกดการ crushing ของเนอไม ไมทถกแรงกระทาโดยแรงกดอดในแนวขนานกบเสยนไมเกดการโกงเดาะของเสยนไม ซงทาใหเกดการแตกราว (rupture) ของเนอไม

33 34

,0 ,02 2

x yC Cσ σ σ⎡ ⎤+⎛ ⎞ ⎡ ⎤=⎢ ⎥⎜ ⎟ ⎢ ⎥⎣ ⎦⎝ ⎠⎣ ⎦

2 22

2 2 2x y

xyRσ σ σ στ

−⎛ ⎞ ⎛ ⎞= + = =⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠

xσ σ=0y xyσ τ= =


240 MPa

120 MPa


การวบตของเหลกหลอในกรณ tension

120 MPa

60 MPa

35

การวบตของเหลกเหนยวในกรณ tension

620 MPa

310 MPa

Failure due to shear stressเหลกเหนยว (0.2% carbon)

- คา true tensile fracture strength = 713 MPa

- คา shear ultimate strength = 310 MPa 36

5.3 Static Shear5.3.1 บทนา

การทดสอบแรงเฉอนแบงออกเปน 2 รปแบบคอ 1. แรงเฉอนโดยตรง (direct shear) 2. แรงเฉอนจากการบด (torsional shear)

Direct sheardouble shear

AP

2=τ

single shear

AP

=τ

37

Torsional shear - หนวยแรงเฉอนทเกดขนอยในสภาวะ pure shear เนองจากวสดถกกระทาโดยหนวยแรงเฉอนเทานน

มมบดทเกดขนบนหนาตด

GJTL

=φ

shearing stress ในวสด

JTr

=τ

shear strain ในวสด

Lrφ

γ =

ในการทดสอบแรงบด แรงบด T และมมบด ϕ จะถกวดและถกบนทก

plot กราฟ

38

จากการทดสอบโลหะโดยใช pure shear test พบวา shear stress-strain diagram มลกษณะคลายกบ tension stress-strain diagram

39

5.3.2 ขอจากดในการใชการทดสอบแรงเฉอน Direct shear test1. กาลงรบแรงเฉอนทไดเปนคาโดยประมาณของกาลงรบแรงเฉอนของวสดเนองจาก- หนวยแรงดด (bending stress) ทเกดขนจากแรงเฉอน/ระยะเยองศนย- แรงเสยดทานระหวางตวอยางทดสอบและเครองมอทดสอบ- ระดบความแขงและความคมของแผนเหลกทใชเฉอนตวอยางทดสอบ

2. ไมสามารถหาสมบตอนๆ เชน elastic strength และ shearing modulus of elasticity ของวสดได เนองจากไมสามารถวดหาคา shearing strain

Torsion testไมสามารถนามาใชในการหาคา shearing strength ของวสดเปราะได

เนองจากวสดเปราะจะวบตโดยแรงดงททามม ≈ 45o กบแนวแกนของตวอยางทดสอบกอนทวสดจะวบตโดยแรงเฉอน 40

5.3.3 ตวอยางทดสอบDirect shear test

ปฏบตการท 10 การทดสอบแรงเฉอนของทองแดงและอลมเนยมใชตวอยางทดสอบรปทรงกระบอก

ปฏบตการท 11 การทดสอบแรงเฉอนของไมในแนวขนานเสยนใชตวอยางทดสอบทมรปรางและขนาดตามทไดระบไวในมาตรฐาน ASTM C 143

41

Torsion testตวอยางทดสอบสาหรบ torsion test ควรมลกษณะดงน 1. มขนาดทใหญพอ เพอวดหาคา shearing strain ไดอยางถกตอง2. มความยาวพอ เพอลดหนวยแรงเขมขน (stress concentration) ทจดยดจบตวอยางทดสอบ

3. ในหาคา proportional shearing strength ของวสด ตวอยางทดสอบจะตองเปนทรงกระบอกกลวงทมความหนานอยๆ โดยควรมอตราสวนของเสนผานศนยกลางตอความหนาประมาณ 10 ถง 12

42


- ปฏบตการท 4 การทดสอบแรงบดของเหลกและเหลกหลอ- ปฏบตการท 10 การทดสอบแรงเฉอนของทองแดงและ

อลมเนยม- ปฏบตการท 11 การทดสอบแรงเฉอนของไมในแนวขนาน

เสยน

43

5.3.5 ลกษณะการวบตของเหลกเหนยวและเหลกหลอวสดเหนยววบตโดยทรอยแตกทามมตงฉากกบแนวแกนของตวอยางทดสอบและหนาตดการแตกหกจะมลกษณะทคอนขางเรยบซงเปนการวบตเนองจากแรงเฉอน

วสดเปราะวบตโดยทรอยแตกทามม ≈ 45o กบแนวแกนของตวอยางทดสอบ ซงเปนการวบตเนองจากแรงดง

กลบกนกบกรณการทดสอบแรงดง

44

45

การวบตของเหลกหลอในกรณ torsion

0x yσ σ= =xyτ τ= −

[ ],0 0,02

x yC Cσ σ⎡ ⎤+⎛ ⎞

=⎢ ⎥⎜ ⎟⎝ ⎠⎣ ⎦

22

2x y

xyRσ σ

τ τ−⎛ ⎞

= + =⎜ ⎟⎝ ⎠


240 MPa

240 MPa


46

100

100

200

200

240

240



strength = 510 MPa Failure due to normal stress

47

การวบตของเหลกเหนยวในกรณ torsion


strength = 713 MPa- คา shear ultimate strength =

310 MPa

310 MPa

310 MPa


48



strength = 310 MPa

100

100

200

200

300

300

310

310


49

Question???ภายใตแรงดงและแรงบด เหลกหลอ gray cast iron ซงม

- คา tensile ultimate strength = 140 MPa- คา shear ultimate strength = 255 MPa

จะเกดการวบตอยางไร? และเราจะพสจนไดอยางไร?

50

51

5.4 Static Bending5.4.1 บทนา

สมบตทางกลของวสดภายใตแรงดดทสาคญไดแก - Flexural stress ทจด yielding- Flexural modulus of elasticity- Modulus of rupture- Modulus of resilience

Note: มกถกใชในการหาคากาลงรบแรงดงของวสดเปราะ เนองจากวสดเปราะ เชน เหลกหลอและคอนกรต มกเกดการแตกหกทจดยดจบตวอยางทดสอบไดงายในการทดสอบแรงดง

52

Three-point loading และ Four-point loading test

ถาวสดมพฤตกรรมอยในชวง linear elastic การกระจายของ normal strain และ stress บนหนาตดของคานจะเปนแบบเสนตรงโดยท

McI

σ =

53

ยดตว

หดตวไมยด/หด

MM

54

เมอคานมพฤตกรรม linear elastic ภายใตแรงกระทาแลว การกระจายของ strain และ stress บนหนาตดคานจะมลกษณะดงแสดง

MyI

σ = −

I = moment of inertia ของหนาตด

M = โมเมนตดดบนหนาตด

y = ระยะจาก neutral axis ถงจดทตองการหา stress

กดอด

maxmax

M cI

σ =

หดตว

ยดตว

กดอด

ดงstrain หาไดโดยใช Hooke’s law, σ = Eε

55

ในกรณทวสดทใชทาคานมพฤตกรรมแบบ linear elastic จนถงจดวบต (จดแตกหก) คา modulus of rupture จะหาไดจาก

23

8r failureL Ptc

σ =

โดยท32 / 3I tc=

คา flexural yielding strength ของวสดท 0.5 mm offset จะหาไดจาก

23

8Y offsetL Ptc

σ =

t

2c

การหา Poffset

56

คา flexural modulus of elasticity ในกรณ three-point loading test3

48PLvEI

= 3

48EIP vL

=»»

348P EIk

v L= = »»

3

48LE kI

=↓

0.000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.010Central deflection, m

0

5000

10000

15000

20000

25000

Load

, N

B3.2/300 No. 1B3.2/300 No. 2B3.2/500 No. 1B3.2/500 No. 2B6.4/300 No. 1B6.4/300 No. 2B6.4/500 No. 1B6.4/500 No. 2

Poffset

57

5.4.2 ขอจากดในการใช - คา deflection ของคานทเกดขนอาจจะไมไดเกดจากโมเมนตดดเพยงอยางเดยว เชน ในกรณทคานสนและลก (L/d ≤ 10) คา deflection ของคานจะเกดจากทงโมเมนตดดและแรงเฉอน เปนตน

- ความสมพนธของ stress-strain ทเกดขนบนคานอาจเกนชวง linear elastic ไปแลว

- วสดทใชทาคานอาจจะมความบกพรองในตวเอง

58

5.4.3 ตวอยางทดสอบ เพอหลกเลยงการวบตโดยแรงเฉอน คานจะตองมอตราสวนของความยาวตอความลกไมนอยกวา 6 ถง 12 ซงขนอยกบชนดของวสด รปรางของคาน และลกษณะการกระทาของแรง เพอหลกเลยงการวบตโดย lateral buckling คานจะตองมอตราสวนของความกวางตอความยาวนอยกวา 15

59


- ปฏบตการท 6 การทดสอบแรงดดของอฐดนเผา- ปฏบตการท 8 การทดสอบแรงดดของไม - ปฏบตการท 9 การทดสอบแรงดดของเหลกและเหลกหลอ

5.4.5 ขอสงเกต 1. ในการทดสอบ จะตองทาการสงเกตและจดบนทก

ลกษณะและชนดของตวอยางทดสอบ จดบกพรองทมอยบนตวอยางทดสอบ ขนาดของตวอยางทดสอบ ชนดและอตราการใหแรงกระทาตอตวอยางทดสอบ อนๆ

- ลกษณะของการเกด localized yielding และ buckling- ลาดบของลกษณะการวบตทเกดขนเปนอยางไร 60

2. คา flexural modulus of elasticity ดงกลาวจะมคาทใกลเคยงกบคาทไดจากการทดสอบ tension test และ compression test

3. คา proportional limit ทหาไดอาจจะมคามากกวาคาทไดจากการทดสอบ tension test และ compression test เนองจากวาการ yielding ไมไดเกดพรอมกนตลอดหนาตดในเวลาเดยวกน

Rupture (การแตกหก)การวบตของตวอยางทดสอบททาดวยวสดเปราะเกดขนแบบทนททนใด โดยเรมจากผวนอกสดของตวอยางทดสอบดานทถกกระทาโดยแรงดง เนองจากวสดเปราะมกาลงรบแรงดงนอยกวากาลงรบแรงกดอด

61

การวบตของคานไม

1. วบตโดยแรงดงทผวดานนอกสดของตวอยางทดสอบทถกกระทาโดยแรงดง ดรป a.) ถง d.)

2. วบตโดยแรงกดอดทผวดานนอกสดของตวอยางทดสอบทถกกระทาโดยแรงกดอด ดรป e.)3. วบตโดย lateral deflection ของสวนของคานไมทถกกระทาโดยแรงกดอด

4. วบตโดย horizontal shear ไปตามแนวเสยนบรเวณแกน neutral axis ของคาน ดรป f.)5. วบตในลกษณะของการกดอดบรเวณท concentrated load กระทา 62

การคราก (yielding)

เมอคาโมเมนตดดภายในสงสด (Mmax) ของคานมคามากขนจนถงคา plastic moment (Mp) แลว วสดทหนาตดของคานจะมพฤตกรรมอยในชวง plastic และหนาตดดงกลาวจะทาหนาทเหมอน hinge ทาใหการโกงตวของคานมคาเพมขนอยางรวดเรวโดยทแรงกระทามคาเพมขนเพยงเลกนอยเทานน

63

5.4.6 ผลกระทบของตวแปรตางๆ Loading type

ในการทดสอบคานแบบ simple beam คาสงสดของ modulus of rupture จะหาไดทกงกลาง span ของคาน โดยมกจะมคามากกวาคาทคานวณไดจากการพจารณาหนาตดทเกดการแตกหกประมาณ 7%

การทดสอบคานแบบ cantilever beam จะใหผลการทดสอบทสงกวาการทดสอบคานแบบ simple beam และใหแรงกระทาแบบ three-point loading เลกนอย

64

Specimen dimensionsจากผลการทดสอบคานคอนกรตและคานเหลกหลอพบวา เมอความ

ยาวของ span ของคานสนลง คา modulus of rupture จะมคามากขนรปรางของหนาตดของคาน - จากการทดสอบคานเหลกหลอทม

รปรางหนาตดคานรปตว I และสเหลยมผนผา ทมพนทหนาตดเทากนพบวา คานทมหนาตดรปตว I มคากาลงรบแรงอดทจดวบตมากกวาคานรปสเหลยมผนผา

เมอคานเหลกหลอ คานคอนกรต และคานไมมขนาดหนาตดทใหญขนแลว กาลงรบแรงดดทหาไดจากการทดสอบคานดงกลาวจะมคาลดลง เนองจากคานทมหนาตดใหญมกจะมขอบกพรองในเนอวสดมากกวาคานขนาดเลก

65

Stabilityคานทมหนาตดทเปนผนงบาง เชน คานรปตว I ซงทาดวยเหลกเหนยวมกจะมการวบตเนองจากการขาดเสถยรภาพเขามาเกยวของดวย1. ถาคานเกดการ buckling ภายใตการกระทาของแรงแลว การวบตของคานดงกลาวจะเกดกอนท plastic hinge เกดขน

2. ในกรณทปกของหนาตดของคาน wide-flange ซงถกกระทาโดยแรงกดอดมอตราสวนของความกวางตอความหนานอยกวา 15 แลว ปกดงกลาวอาจจะเกดการ warping ขนกอนทวสดจะถงจด yielding ได ซงเรยกการวบตแบบนวา local buckling

66

3. ถาไมมการปองกนการเลอนของหนาตดของคานในแนวราบขณะทเกด warping แลว คานดงกลาวกอาจจะเกดการเลอนทางดานขางขนดวย ซงเราเรยกการวบตแบบนวา lateral buckling

67

5. แรงเฉอนทเกดขนบนหนาตดของคาน เชน คานรปตว I และคานรปตว C เปนตน ทมเอวของคานทบางมากจะกอใหเกดการวบตทเอวของคานได

4. ในกรณท lateral buckling เกดรวมกบการบด การวบตแบบนจะถกเรยกวา lateral-torsional buckling

68

6. ทบรเวณทมแรง concentrated load กระทาตอคาน local failure อาจจะเกดขนท web ของคานได

69

5.5 Fatigue โครงสรางและเครองจกรกลโดยสวนใหญจะถกกระทาโดย load ทมขนาดเปลยนแปลงไปมาและซาไปมาหรอ cyclic loading

เมอ cyclic load ททาใหเกดหนวยแรงในโครงสรางนอยกวา yielding stress กระทาตอโครงสรางเปนเวลานานพอควรแลว โครงสรางนนอาจจะเกดการวบตอยางทนททนใด (แบบเปราะ) 70

Nomenclature

2minmax σσ

σ+

=m

Mean stress:

Stress amplitude:

2minmax σσ

σ−

=a

Stress range:

minmax σσσ −=∆

Stress ratio:

max

min

σσ

=R

Amplitude ratio:

m

aaσσ

=

71

10 ( 2) 4 MPa2mσ+ −

= =

Mean stress:

Stress amplitude:

10 ( 2) 6 MPa2aσ− −

= =

Stress range:10 ( 2)

12 MPaσ∆ = − −=

10 MPa

-2 MPa

4 MPa

6 MPa

6 MPa

72

คา stress เมอโลหะเกดการวบตโดย cyclic load เมอตวอยางทดสอบถกทดสอบไปเปนจานวนรอบของ stress คาหนงๆ แลว ถกเรยกวา fatigue strength

วสดโดยสวนใหญจะมคาหนวยแรงทวสดนนสามารถรองรบไดโดยไมเกดการวบตแบบ fatigue เลย ซงเรยกวา endurance limit

- โดยทวไป σe จะมคาอยในชวง 0.4 ถง 0.6 เทาของ σu ทไดจากการทดสอบแบบ static S-N curve เปนกราฟทไดจากการทดสอบ fatigue test โดยแสดงถงคา stress ทเกดขนในตวอยางทดสอบ (แกนตง, S) กบจานวนรอบทตวอยางทดสอบเกดการวบตแบบ fatigue (แกนนอน, N) ซงมกจะใช scale แบบ logarithm

73 74

75

5.5.2 ขอจากดในการใช 1. ในความเปนจรงแลว โครงสรางหรอเครองจกรกลจะไมถกกระทาโดย

cyclic load ทมคาคงทตลอดเวลา และการใชขอมลทไดจากการทดสอบตวอยางทดสอบขนาดเลกไปวเคราะหหา fatigue strength ของโครงสรางขนาดใหญนนมความไมแนนนอนคอนขางสง ดงนน การทา fatigue test ตองคานงถงสภาพความเปนจรงดวย

2. fatigue test จะไมถกใชเปนสวนหนงของการควบคมคณภาพการผลต เนองจากตองใชเวลานานมากในการทดสอบและมคาใชจายทสงมาก

5.5.3 ตวอยางทดสอบ เครองมอและขนตอนการทดสอบดในคมอปฏบตการทดสอบวสด ในปฏบตการท 13 การทดสอบความลา

ของอลมเนยม76

เนองจากการทดสอบหา endurance limit ของวสดจะตองเตรยมตวอยางทดสอบจานวนมาก ดงนน ตวอยางทดสอบแรกถกทดสอบทคา stress สงๆ และตวอยางทดสอบตอๆ ไปจะถกทดสอบทคา stress ลดลงเรอยๆ และท stress คาหนงๆ จะตองทดสอบหลายตวอยางเพอลด random error

5.5.4 ขอสงเกต

77

ในการวางแผนการทดสอบ fatigue test ตองคานงถงปจจยเหลาน1. Type of load variation: โดยทวไปจะอยในรปของ sine function2. Mean stress3. Alternating stress: โดยทวไปแลวจะใหคาสงสดของ stress มคาเทากบคาสงสดของ stress ในกรณของ staticในตวอยางทดสอบแรกและจะมคาลดลงประมาณ 10 % ในตวอยางทดสอบถดไป

4. Frequency: ASTM E 466 ระบคาสงสดของความถทจะใชคอ 170 Hz

78

End of Chapter 5

บทที่ 5: characteristics of tests -...

Documents