圧縮試験とは
圧縮試験とは、材料である試験片に圧縮力を加えることで材料の耐久性を測定する試験です。
引張試験と同じく、材料に対する強度試験の一種です。圧縮試験では、比例限度や弾性限度、降伏点やヤング率などを測定する点でも引張試験と似ています。しかし、圧縮試験特有の圧縮強度を求められる点が大きな違いです。
圧縮試験は別名耐圧試験とも呼ばれ、試験片に上から荷重を加えて、圧縮する力に対する材料の耐圧性を測定します。耐圧性を測定する対象は、ばねや自動車のタイヤなどさまざまです。ばねなどの弾性係数の調査や、タイヤの耐圧性能の調査に利用されます。
圧縮試験の使用用途
圧縮試験は、主に材料の圧縮強度を調査するために使用されます。例えば、ばねの弾性や自動車・自転車のタイヤがどれくらいの圧力に耐えられるのかを調査するときなどです。さらに、タイヤで使用されるボールベアリングでは自動車などの重みに耐えられるように入念に圧縮試験が行われます。
圧縮試験で材料を圧縮する場合、材料が座屈するのが問題です。座屈とは圧縮を加えた場合、急に材料が折れ曲がる現象を指します。材料が座屈することを確認できた場合には、材料を変更するなどの工夫が必要になります。
材料の座屈問題は、建築部材などで顕著です。コンクリートなどの建築部材は、建物の重みに耐えかねて座屈する場合があります。そのため、コンクリートなどの建築部材の安全性を評価する上でも、圧縮試験が使用されます。
圧縮試験は圧縮試験機に材料をセットして行われるため、試験したいコンクリートなどが圧縮試験機で設定した圧力に耐えられるのかを検証します。使用用途は多岐にわたるため、引張試験と同様に重要な試験です。
圧縮試験の原理
圧縮試験は、材料である試験片に圧縮力を加えることで材料の耐久性を測定することで成り立ちます。圧縮試験では、比例限度や弾性限度、降伏点やヤング率などを測定します。
圧縮試験機に材料をセットすることを位置決めと呼びます。位置決めを正確に行わなければ、材料にかかる圧力が均等にならず、正確な圧縮強度を測定することができないので注意が必要です。
位置決めが終わると、圧縮試験機から材料に圧縮を加えます。ここで圧縮強度を測定しますが、所期の圧縮強度を満たす材料か測定する場合もあれば、純粋に圧縮強度がわからず、圧縮強度を求めたい場合もあります。そのため、試験の目的を明確にしておくことが大切です。
圧縮加重を加えることで、ある程度の圧縮力を加えると、材料は破壊されます。材料が破壊されたときの圧縮加重はどれくらいなのかを測定することで、材料の耐久性が分かります。
圧縮試験のその他情報
1. 圧縮試験で得られる情報
圧縮試験では主に、比例限度、縦弾性係数、弾性限度、降伏点の情報が得られます。
比例限度
比例限度とは、材料の応力とひずみが比例関係にある領域の最大応力のことです。引張試験などにも用いられる用語です。応力−ひずみ線図を描き、応力とひずみが比例関係にある領域をプロットすることで求められます。
縦弾性係数
縦弾性係数はヤング率とも呼ばれ、応力−ひずみ線図で応力とひずみが線形の関係になっている領域の傾きのことです。比例限度までの応力であれば、応力とひずみは比例するため、縦弾性係数が求められ、応力も求められれば、ひずみの値が一意に決まります。
弾性限度
弾性限度とは、材料が弾性変形する限界の応力の値のことです。材料が弾性限度を超えると、圧縮試験機で外力を除荷したとしても、ひずみが残ります。すなわち、弾性変形ではなくなります。
2. 圧縮試験の方法
圧縮試験では、試験片に対して上から一定の速度で荷重を加え、試験片が破壊するまで、または荷重が規定の値に達するまで圧縮し、試験片にかかる力と変位を測定します。
圧縮試験で得た値を応力−ひずみ線図に変換し、線図から求めた最大圧縮応力が試験片の圧縮強さです。また、応力−ひずみ線図の規定された2点間の応力の差をひずみの差で割った値が、圧縮弾性率になります。