Druckbeanspruchung und Kompression in der Werkstoffmechanik

Kompression bezeichnet in der Werkstoffmechanik den Spannungszustand, bei dem ein Körper durch äußere Kräfte verkürzt bzw. volumetrisch verdichtet wird. Makroskopisch wird Kompression häufig über einachsige Druckversuche beschrieben, in denen eine Probe zwischen zwei Stempeln belastet und die resultierende Spannungs-Dehnungs-Kurve ausgewertet wird.

Unter Druckbeanspruchung versteht man den Negativbereich der Normalspannungen (σ < 0). Viele spröde Werkstoffe, etwa Keramiken oder Gesteine, zeigen unter Kompression deutlich höhere Festigkeiten als unter Zug, wobei Versagen typischerweise über Scherversagen, Mikrorissbildung und -koaleszenz erfolgt.

Auf kleineren Skalen erlauben Mikropfeiler-Kompression und Mikrokompression die Charakterisierung der intrinsischen Fließ- und Versagensmechanismen in einkristallinen oder nanostrukturierten Volumina. Fokussierte Ionenstrahl-(FIB)-präparierte Mikropfeiler werden dabei druckbelastet, um z.B. Versetzungsquellen, kleine Volumeneffekte und Längenmaßstabsabhängigkeiten der Fließspannung zu untersuchen.

Unter extremen Bedingungen beschreibt Schockkompression die sehr schnelle Verdichtung eines Materials infolge Stoßwellen, etwa bei Impakt- oder Explosionsbelastung. Die dabei auftretenden Drücke und Dehnraten führen zu nichtlinearem, oft irreversiblen Verhalten, Phasenübergängen und adiabatischer Erwärmung.

In der Thermodynamik von Fluiden, z.B. bei der Wasserstoffkompression, steht die volumetrische Kompression und damit verbundene Zustandsänderung (p–V–T) im Vordergrund. Demgegenüber meint „Kompression“ in der Werkstoffdatenanalyse auch algorithmische Voxel-basierte Datenkompression, also die Reduktion dreidimensionaler Bilddatenmengen ohne Bezug zu mechanischer Belastung.

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