Compression (physique)

En mécanique , la compression est l’application de forces équilibrées vers l’intérieur («poussant») à différents points d’un matériau ou d’une structure , c’est-à-dire des forces sans somme nette ni couple dirigé de manière à réduire sa taille dans une ou plusieurs directions. ^[1] Il s’oppose à la tension ou à la traction, l’application de forces équilibrées vers l’extérieur (“tirant”) ; et avec des forces de cisaillement , dirigées de manière à déplacer des couches de matériau parallèlement les unes aux autres. La résistance à la compression des matériaux et des structures est une considération technique importante.

Compression uniaxiale

En compression uniaxiale , les forces sont dirigées dans une seule direction, de sorte qu’elles agissent pour diminuer la longueur de l’objet dans cette direction. ^[2] Les forces de compression peuvent également être appliquées dans plusieurs directions ; par exemple vers l’intérieur le long des bords d’une plaque ou sur toute la surface latérale d’un cylindre , de manière à réduire sa surface ( compression biaxiale ), ou vers l’intérieur sur toute la surface d’un corps, de manière à réduire son volume .

Techniquement, un matériau est sous un état de compression, à un point spécifique et le long d’une direction spécifique X {style d’affichage x} , si la composante normale du vecteur de contrainte sur une surface de direction normale X {style d’affichage x} est dirigé à l’opposé de X {style d’affichage x} . Si le vecteur de contrainte lui-même est opposé à X {style d’affichage x} , le matériau est dit en compression normale ou en compression pure le long de X {style d’affichage x} . Dans un solide , la quantité de compression dépend généralement de la direction X {style d’affichage x} , et le matériau peut être sous compression dans certaines directions mais sous traction dans d’autres. Si le vecteur de contrainte est purement compressif et a la même amplitude dans toutes les directions, le matériau est dit sous compression Isotrope ou hydrostatique en ce point. C’est le seul type de compression statique que les Liquides et les gaz peuvent supporter. ^[3]

Dans une onde mécanique qui est longitudinale , le milieu se déplace dans le sens de l’onde, ce qui entraîne des zones de compression et de raréfaction .

Effets

Lorsqu’il est soumis à une compression (ou à tout autre type de contrainte), chaque matériau subit une déformation, même imperceptible, qui modifie les positions relatives moyennes de ses atomes et molécules. La déformation peut être permanente ou s’inverser lorsque les efforts de compression disparaissent. Dans ce dernier cas, la déformation engendre des forces de réaction qui s’opposent aux forces de compression, et peuvent éventuellement les équilibrer. ^[4]

Les Liquides et les gaz ne peuvent pas supporter une compression uniaxiale ou biaxiale constante, ils se déformeront rapidement et de façon permanente et n’offriront aucune force de réaction permanente. Cependant, ils peuvent supporter une compression Isotrope et peuvent être comprimés d’autres manières momentanément, par exemple dans une Onde sonore .

Le serrage d’un corset applique une compression biaxiale à la taille.

Chaque matériau ordinaire se contracte en volume lorsqu’il est soumis à une compression Isotrope, se contracte en section transversale lorsqu’il est soumis à une compression biaxiale uniforme et se contracte en longueur lorsqu’il est soumis à une compression uniaxiale. La déformation peut ne pas être uniforme et ne pas être alignée avec les forces de compression. Ce qui se passe dans les directions où il n’y a pas de compression dépend du matériau. ^[4] La plupart des matériaux se dilateront dans ces directions, mais certains matériaux spéciaux resteront inchangés ou même se contracteront. En général, la relation entre la contrainte appliquée à un matériau et la déformation résultante est un sujet central de la mécanique des milieux continus .

Les usages

Essai de compression sur une machine d’essai universelle

La compression des solides a de nombreuses implications dans la science des matériaux , la physique et l’ ingénierie des structures , car la compression produit des quantités notables de contraintes et de tensions .

En induisant une compression, des propriétés mécaniques telles que la résistance à la compression ou le Module d’élasticité peuvent être mesurées. ^[5]

Les machines de compression vont des très petits systèmes de table à ceux d’une capacité de plus de 53 MN.

Les gaz sont souvent stockés et expédiés sous une forme hautement comprimée , pour économiser de l’espace. De l’air légèrement comprimé ou d’autres gaz sont également utilisés pour remplir des ballons , des canots pneumatiques et d’autres structures gonflables . Les Liquides comprimés sont utilisés dans les équipements hydrauliques et dans la fracturation .

Dans les moteurs

Moteurs à combustion interne

Dans les moteurs à combustion interne, le mélange explosif est comprimé avant d’être enflammé ; la compression améliore le rendement du moteur. Dans le cycle d’Otto , par exemple, la deuxième course du piston effectue la compression de la charge qui a été aspirée dans le cylindre par la première course vers l’avant. ^[6]

Machines à vapeur

Le terme s’applique à l’agencement par lequel la soupape d’échappement d’une machine à vapeur est amenée à se fermer, fermant une partie de la vapeur d’échappement dans le cylindre , avant que la course du piston ne soit tout à fait complète. Cette vapeur étant comprimée à la fin de la course, un coussin se forme contre lequel le piston travaille tandis que sa vitesse est rapidement réduite, et ainsi les contraintes dans le mécanisme dues à l’inertie des pièces alternatives sont diminuées. ^[7] Cette compression, de plus, évite le choc qui serait autrement causé par l’admission de la vapeur fraîche pour la course de retour.

Voir également

• flambage
• Essai de compression du conteneur
• Membre de compression
• Résistance à la compression
• Onde longitudinale
• Onde P
• Raréfaction
• La résistance des matériaux
• Effet réel
• Essai de compression en déformation plane

Références

1. ^ Ferdinand Pierre Beer, Elwood Russell Johnston, John T. DeWolf (1992), “Mécanique des matériaux”. (Livre) McGraw-Hill Professional, ISBN 0-07-112939-1
2. ^ Erkens, Sandra & Poot, M. Le test de compression uniaxiale. Université de technologie de Delft. (1998). Numéro de rapport : 7-98-117-4.
3. ^ Ronald L. Huston et Harold Josephs (2009), “Analyse pratique des contraintes dans la conception technique”. 3e édition, CRC Press, 634 pages. ISBN 9781574447132
4. ^ ^{un b} Fung, YC (1977). Un premier cours de mécanique du continuum (2e éd.). Prentice-Hall, Inc. ISBN 978-0-13-318311-5.
5. ^ Hartsuijker, C.; Welleman, JW (2001). Ingénierie Mécanique. Tome 2. Springer. ISBN 978-1-4020-412
6. ^ J.Heywood. Fondamentaux du moteur à combustion interne 2E. McGraw Hill Education. (2018). ISBN 9781260116113 [url= https://books.google.com/books?id=OmJUDwAAQBAJ ]
7. ^ Plus sage, Wendell H. (2000). Ressources énergétiques : occurrence, production, conversion, utilisation . Birkhauser. p. 190. ISBN 978-0-387-98744-6.