La macchina di prova a pressione servo-elettro-idraulica controllata da microcomputer viene scelta principalmente per la sua capacità di eseguire un preciso e automatizzato passaggio tra controllo del carico e controllo dello spostamento. Questa capacità a doppio modo è essenziale per testare calcestruzzo alleggerito confinato in tubi di acciaio inossidabile perché consente ai ricercatori di applicare inizialmente una forza costante, per poi passare senza soluzione di continuità al controllo della velocità di deformazione una volta che il materiale inizia a snervarsi.
Concetto chiave: Il valore di questa specifica macchina risiede nella sua capacità di prevenire cedimenti improvvisi e catastrofici durante il test. Passando al controllo dello spostamento dopo lo snervamento, "cattura" il campione, consentendo la registrazione dettagliata della resistenza residua del materiale e del suo graduale degrado, piuttosto che solo del suo punto di rottura.
Il Meccanismo di Controllo
Pre-Snervamento: Velocità di Carico Costante
Nelle fasi iniziali del test, la colonna di calcestruzzo si comporta elasticamente. Durante questa fase, la macchina utilizza il controllo del carico per applicare forza a una velocità costante e stabile.
Ciò garantisce che lo sforzo applicato alla colonna aumenti in modo lineare e prevedibile. Simula accuratamente l'accumulo di peso o pressione che la colonna sperimenterebbe in uno scenario strutturale reale fino al suo punto di snervamento.
Post-Snervamento: Controllo dello Spostamento
Una volta che il campione raggiunge il suo punto di snervamento (dove inizia a deformarsi permanentemente), la macchina passa automaticamente al controllo dello spostamento ad alta precisione.
Invece di aumentare la forza, la macchina ora controlla la distanza percorsa dalla testa di compressione. Questo è fondamentale perché, dopo lo snervamento, il materiale potrebbe richiedere meno forza per continuare a deformarsi; il controllo dello spostamento consente alla macchina di tracciare questo comportamento senza frantumare istantaneamente il campione.
Acquisizione di Comportamenti Critici del Materiale
Registrazione del "Ramo Discendente"
Le macchine di prova standard spesso non riescono a catturare i dati dopo che è stata raggiunta la resistenza ultima, con conseguente improvvisa interruzione dei dati.
La macchina servo-controllata cattura il ramo discendente della curva sforzo-deformazione. Questi dati rivelano come si comporta la colonna durante il suo cedimento, fornendo informazioni vitali sulla sua duttilità e sulle sue capacità di assorbimento di energia.
Analisi della Ridistribuzione dello Sforzo
Le colonne composite fanno affidamento sull'interazione tra il tubo di acciaio e il nucleo di calcestruzzo.
Mentre il calcestruzzo si fessura ed espande, il tubo di acciaio lo confina. Il preciso controllo di questa macchina consente ai ricercatori di osservare questo processo di ridistribuzione dello sforzo, in particolare come il carico si trasferisce tra il calcestruzzo in cedimento e il tubo di acciaio che lo trattiene.
Misurazione della Capacità Portante Residua
Anche dopo che il calcestruzzo ha raggiunto la sua resistenza ultima, mantiene una certa capacità portante grazie al confinamento del tubo di acciaio.
Questa macchina consente al test di continuare in sicurezza in questa fase. Cattura la capacità portante residua, essenziale per comprendere i margini di sicurezza in caso di eventi sismici o sovraccarichi.
Abilitazione di Correlazioni Avanzate dei Dati
Monitoraggio della Deformazione in Tempo Reale
Mentre la macchina controlla la compressione a livello macro, fornisce un ambiente stabile per sensori esterni.
Estensimetri resistivi ad alta sensibilità attaccati al tubo di acciaio si basano sul funzionamento regolare della macchina per catturare dati precisi di deformazione longitudinale e laterale senza rumore o picchi di vibrazione.
Tracciamento dei Coefficienti di Confinamento
La stabilità del controllo servo consente il calcolo del coefficiente di confinamento.
I ricercatori possono correlare i dati di carico della macchina con le letture degli estensimetri per quantificare esattamente quanto supporto fornisce il tubo di acciaio al calcestruzzo del nucleo in ogni millisecondo del test.
Osservazione dell'Evoluzione del Coefficiente di Poisson
La transizione dal comportamento elastico a quello elasto-plastico comporta un significativo cambiamento nel modo in cui il materiale si gonfia sotto pressione.
I dati raccolti durante la compressione controllata della macchina consentono l'osservazione del coefficiente di Poisson, tracciando la sua evoluzione da un valore stabile di 0,3 nella fase elastica a un valore molto più elevato di 0,7 nella fase elasto-plastica.
Comprensione dei Compromessi
Complessità Operativa
Questo livello di precisione richiede una programmazione sofisticata. L'operatore deve definire accuratamente il punto di commutazione tra controllo del carico e dello spostamento; impostarlo in modo errato può portare a un cedimento prematuro o a dati non validi.
Costo e Manutenzione dell'Attrezzatura
I sistemi servo-idraulici sono significativamente più costosi e complessi delle presse idrauliche standard. Richiedono una rigorosa manutenzione del fluido idraulico e delle valvole servo per mantenere la risposta ad alta precisione richiesta per il controllo dello spostamento.
Fare la Scelta Giusta per il Tuo Progetto
Se stai determinando quale attrezzatura utilizzare per i test strutturali, considera le tue specifiche esigenze analitiche:
- Se il tuo obiettivo principale è ottenere semplici carichi di cedimento: una macchina di prova idraulica standard è sufficiente e più conveniente.
- Se il tuo obiettivo principale è analizzare la duttilità e il comportamento post-picco: hai assolutamente bisogno di una macchina servo-elettro-idraulica controllata da microcomputer per catturare il ramo discendente della curva sforzo-deformazione.
- Se il tuo obiettivo principale è studiare la meccanica del confinamento: il controllo servo è necessario per fornire l'ambiente di deformazione lento e stabile richiesto per gli estensimetri ad alta sensibilità per registrare dati accurati di espansione laterale.
In sintesi, utilizza questa macchina quando devi capire non solo quando una colonna cede, ma come cede.
Tabella Riassuntiva:
| Caratteristica | Pressa Idraulica Standard | Macchina Servo-Elettro-Idraulica |
|---|---|---|
| Modalità di Controllo | Manuale/Carico Fisso | Passaggio Automatico Carico & Spostamento |
| Acquisizione Dati | Solo Carico di Picco | Curva Sforzo-Deformazione Completa (inclusa Ramo Discendente) |
| Gestione Post-Snervamento | Cedimento Catastrofico | Deformazione Controllata (Cattura del campione) |
| Valore di Ricerca | Test di Resistenza di Base | Duttilità, Assorbimento di Energia & Capacità Residua |
| Ideale per | Controlli di Qualità di Routine | Ricerca Avanzata sui Materiali & Analisi Strutturale |
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Riferimenti
- Ruiqing Zhu, Haitao Chen. A Study of the Performance of Short-Column Aggregate Concrete in Rectangular Stainless Steel Pipes under Axial Compression. DOI: 10.3390/buildings14030704
Questo articolo si basa anche su informazioni tecniche da Kintek Press Base di Conoscenza .
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