В механике сжатие — это приложение сбалансированных внутренних («толкающих») сил к различным точкам материала или конструкции , то есть сил без чистой суммы или крутящего момента , направленных так, чтобы уменьшить его размер в одном или нескольких направлениях. [1] Это противопоставляется натяжению или тяге, приложению сбалансированных внешних («тянущих») сил; и со сдвиговыми силами, направленными так, чтобы смещать слои материала параллельно друг другу. Прочность материалов и конструкций на сжатие является важным инженерным соображением.
При одноосном сжатии силы направлены только в одном направлении, поэтому они действуют на уменьшение длины объекта в этом направлении. [2] Сжимающие силы также могут быть приложены в нескольких направлениях; например внутрь по краям пластины или по всей боковой поверхности цилиндра , чтобы уменьшить его площадь ( двухосное сжатие ), или внутрь по всей поверхности тела, чтобы уменьшить его объем .
Технически, материал находится в состоянии сжатия в некоторой конкретной точке и в определенном направлении , если нормальная составляющая вектора напряжения на поверхности с нормальным направлением направлена противоположно . Если сам вектор напряжения противоположен , говорят, что материал находится под нормальным сжатием или чистым сжимающим напряжением вдоль . В твердом теле степень сжатия обычно зависит от направления , и материал может сжиматься в одних направлениях, но испытывать растяжение в других. Если вектор напряжения является чисто сжимающим и имеет одинаковую величину для всех направлений, говорят, что материал находится в состоянии изотропного сжатия , гидростатического сжатия или объемного сжатия . Это единственный тип статического сжатия, которое могут выдерживать жидкости и газы . [3] Это влияет на объем материала, количественно определяемый модулем объемного сжатия и объемной деформацией .
Обратный процесс сжатия называется декомпрессией , дилатацией или расширением , при котором объект увеличивается или увеличивается в объеме.
В продольной механической волне среда смещается в направлении волны, что приводит к появлению областей сжатия и разрежения .
При сжатии (или любом другом типе напряжения) каждый материал испытывает некоторую деформацию , даже если она незаметна, что приводит к изменению среднего относительного положения его атомов и молекул. Деформация может быть постоянной или может быть обращена вспять, когда силы сжатия исчезнут. В последнем случае деформация приводит к возникновению сил реакции, которые противостоят силам сжатия и могут в конечном итоге уравновесить их. [4]
Жидкости и газы не могут выдерживать устойчивое одноосное или двухосное сжатие, они быстро и необратимо деформируются и не создают постоянной силы реакции. Однако они могут выдерживать изотропное сжатие и могут мгновенно сжиматься другими способами, например, в звуковой волне .
Любой обычный материал сжимается в объеме при изотропном сжатии, сжимается в площади поперечного сечения при равномерном двухосном сжатии и сжимается в длине при одноосном сжатии. Деформация может быть неоднородной и не соответствовать силам сжатия. Что происходит в направлениях, где нет сжатия, зависит от материала. [4] Большинство материалов будут расширяться в этих направлениях, но некоторые специальные материалы останутся неизменными или даже сузятся. В общем, связь между напряжением, приложенным к материалу, и возникающей в результате деформацией является центральной темой механики сплошной среды .
Сжатие твердых тел имеет множество значений в материаловедении , физике и строительной технике , поскольку сжатие приводит к заметному напряжению и напряжению .
Вызывая сжатие, можно измерить механические свойства, такие как прочность на сжатие или модуль упругости . [5]
Компрессионные машины варьируются от очень маленьких настольных систем до систем с мощностью более 53 МН.
Газы часто хранятся и транспортируются в сильно сжатом виде, чтобы сэкономить место. Слегка сжатый воздух или другие газы применяют также для наполнения воздушных шаров , резиновых лодок и других надувных конструкций . Сжатые жидкости используются в гидравлическом оборудовании и при гидроразрыве пласта .
В двигателях внутреннего сгорания взрывчатая смесь сжимается перед воспламенением; компрессия повышает эффективность двигателя. Например, в цикле Отто второй ход поршня вызывает сжатие заряда, который был втянут в цилиндр первым ходом вперед. [6]
Этот термин применяется к устройству, с помощью которого выпускной клапан парового двигателя закрывается, перекрывая часть выхлопного пара в цилиндре до того, как ход поршня будет полностью завершен. Этот пар сжимается по мере завершения хода, образуется подушка, против которой работает поршень , в то время как его скорость быстро снижается, и, таким образом, напряжения в механизме из-за инерции возвратно-поступательных частей уменьшаются. [7] Более того, это сжатие устраняет удар, который в противном случае был бы вызван поступлением свежего пара для обратного хода.
