Tartalom: Hőterhelés
A hőfeszültség meghatározása
"A termikus feszültség az anyagban a hőmérsékletváltozás miatti feszültség, és ez a feszültség az anyag képlékeny deformációjához vezet."
Hőfeszültség-egyenlet | Hőfeszültség képlete:
A hőmérsékletváltozás okozta stressz:
σ=Eα∆T
Dokumentált, hogy a hőmérséklet változása az elemek megnagyobbodását vagy összehúzódását okozza, és ha egy egyenletes L hosszúságú rúd hosszának növekedése és ∆L az f hossz változása, mivel a hőmérséklete T0-ról T-re változott, akkor ∆L mint
∆L = αL (T – T0)
ahol α a hőtágulási együttható.
Hőfeszültség mértékegysége:
SI mértékegysége: N/m^2
Hőgyűrűs feszültség:
A hőváltozás miatt generált stressz.
Tegyük fel, hogy egy d átmérőjű vékony gumiabroncs került a D átmérőjű kerékre.
Ha a gumiabroncs hőmérsékletét úgy változtatták meg, hogy a gumiabroncs átmérője megnőtt, és egyenlővé vált a kerék átmérőjével, és ha a gumiabroncs hőmérsékletét az eredetire csökkentik, akkor a gumiabroncs átmérője megpróbál visszatérni eredeti mérete, és e folyamat következtében feszültség keletkezett az abroncs anyagában. Ez a stressz a Thermal példája karika stressz.
tehát a hőmérsékletkülönbség=t fok.
termikus feszültség=Dd/d
Karikafeszültség= e. E
Ennélfogva,
Karikafeszültség=(Dd).E/d
Termikus elemzés:
Hőfeszültség-elemzés az ANSYS Workbench-ben| Ansys termikus stressz| Abaqus termikus feszültség elemzése:
A termikus elemzés célja az anyag viselkedésének vizsgálata termikus terhelés és termikus feszültség alkalmazása után. Az objektumon belüli vagy az objektumok közötti hőátadás tanulmányozására, valamint a hőelemzést a hőmérséklet mérésére, a termikus gradiensre és a test hőáram-eloszlására használják.
A termikus elemzés típusai:
Kétféle hőelemzés létezik:
Állandó állapotú termikus elemzés:
A steady-state termikus elemzés célja a hőmérséklet vagy a hőáram eloszlása a szerkezetekben, amikor egyensúlyi állapotba kerül.
Átmeneti hőelemzés:
A meghajlított tranziens hőelemző halmazok meghatározzák a hőmérsékleti profil és más termikus mennyiségek időbeli változásának időtörténetét
A mérnöki anyagok hőtágulása vagy összehúzódása is gyakran termikus igénybevételt eredményez a szerkezetekben, ami termikus igénybevétel elemzéssel vizsgálható.
A termikus stressz jelentősége:
A termikus feszültségelemzés elengedhetetlen a szerkezetek hőmérséklet-változásaiból adódó hőfeszültségek meghatározásához. folytathatjuk
Oldja meg a K egyenletet. T = q
⦁ A hőmérsékletváltozási mezők meghatározásához először alkalmazza a ΔT hőmérsékletváltozást kezdeti feszültségként
⦁ A hőmérséklet-változásból adódó feszültség-nyúlás összefüggéseket először 1D esetanyagok felhasználásával határoztuk meg.
A termikus alakváltozás (vagy kezdeti feszültség): εo = αΔT
Esettanulmány az ANSYS Workbench segítségével:
Anyag: Alumínium
k = 170 W/(m · K)
ρ = 2800 kg/m3;
c = 870 J/(kg · K)
E = 70 GPa;
v = 0.3
α = 22 × 10–6/°C
Peremfeltételek: A levegő hőmérséklete 28°C; h = 30 W/(m2 · °C). Állandósult állapot: q′ = 1000 W/m2 az alapon.
Kiindulási feltételek: Állandó állapot: Egyenletes hőmérséklet 28°C.
- Indítsa el az ANSYS munkaasztalt
- Hozzon létre egy állandósult hőelemző rendszert:
- Új anyag hozzáadása: minden megadott adattal ellátva.
- Indítsa el a tervezési modellező programot.
- Test létrehozása
- Indítsa el a steady-state termikus programot
- Háló létrehozása
- Alkalmazzon peremfeltételeket.
- Oldja meg és kérje le az eredményeket.
Vízhűtéses motor hőelemzése:
A motorspecifikáció véglegesítése után a következő lépéseket kell követni.
- Vízmagos és fejmagos rendszer tervezése.
- Bélésrendszer tervezése. (Olyan paraméterei alapján, mint a furat, tömítés és vastagság stb.)
- Vízszivattyú tervezése és beépítése.
- Hűtőrendszer tervezése és alrendszerei, mint például radiátorok, ventilátorok, olajhűtő tervezés.
A motorblokk termikus elemzésének szempontjai:
- A hengerfejszelep áthidaló vízsebességei (keresztmetszet kialakítása a fejvízmagban).
- Dugattyú és szelep hűtési szempontok elemzése.
- Béléskavitációs elemzés.
- Hengerfej-tömítés tervezési elemzése.
Hőterhelési időjárás:
A termikus feszültség mállása a termikus törés a kőzet mechanikai lebomlása a hőmérséklet változása miatti hőtágulás vagy összehúzódás következtében.
A hőfeszültségek hatása a hegesztési kötésekben:
Hőfeszültség a hegesztésben és a ragasztott kötésekben:
A test hőmérséklete egyenletesen1 emelkedik,
A szervezet normál terhelése,
x = y = z = α(T)
Itt,
α az együtthatója hőtágulás.
T a hőmérséklet változása.
A stresszt a következőképpen ábrázoljuk
σ1 =− E =−α(T)E
hasonló módon, ha egy konzisztens lapos lemezt oldalt rögzítenek, és állandó hőmérséklet-emelkedésnek vannak kitéve.
σ2 =− α(T)E(1−ν)
A σ1, σ2 feszültségeket termikus feszültségeknek nevezzük. Természetes folyamat következtében keletkeznek a befogott vagy visszatartott elem során.
Hőfeszültség-egyenlet hengerre| Hőfeszültség vastag falú hengerben:
Vékony falú henger:
Vastag falú henger:
Termikus stresszoldó folyamat:
A hőkezelési eljárást az anyagokban lévő maradék hőfeszültségek csökkentésére használják.
Először az alkatrészt fel kell melegíteni 1100-1200°F-ra, ami a feszültségek enyhítését eredményezi, és vastagságonként egy órán át ott kell tartani, majd hagyni kell nyugodt levegőn, hőmérsékleten hűlni.
Hőtágulás:
Ha egy szilárd anyag hőmérséklete vagy hőmérséklet-különbsége növekszik, a szilárd anyag szerkezetének térfogata megnő, ezt a jelenséget hőtágulásnak ismerik el, és ez a térfogatnövekedés a szerkezet feszültségének növekedéséhez vezet.
Hőtágulási együtthatók:
- (Lineáris átlagos együtthatók a 0–100°C hőmérséklet-tartományhoz):
- Alumínium: 23.9(10)−6 Sárgaréz, öntött: 18.7(10)−6
- Szénacél: 10.8(10)−6 Öntöttvas: 10.6(10)−6
- Magnézium: 25.2(10)−6 Nikkelacél: 13.1(10)−6
- Rozsdamentes acél: 17.3(10)−6 Volfrám: 4.3(10)−6
Hőfeszültségek kompozit rudak képletében:
Hőfeszültség összetett rudaknál:
Az összetett rudak és az összetett rudak, amikor hőmérséklet-változáson mennek keresztül, hajlamosak összehúzódni vagy kitágulni. A termikus alakváltozás általában reverzibilis folyamat, így az anyag akkor tér vissza eredeti alakjába, amikor a hőmérséklet is a tényleges értékére csökken, bár vannak olyan anyagok, amelyek nem a hőtágulás és -összehúzódás szerint viselkednek.
Bárok sorozatban:
Hőfeszültség és feszültség:
Hőfeszültség és alakváltozás meghatározása:
A hőmérsékletváltozás következtében fellépő feszültséget termikus feszültségnek nevezzük.
Hőfeszültség=α(t2-t1).E
A termikus igénybevételnek megfelelő alakváltozást termikus feszültségnek nevezzük.
Termikus feszültség=α(t2-t1)
Példa a hőfeszültségre:
Hőfeszültség bekapcsolva sínek.
Hőterheléses alkalmazások:
Motor, radiátor, kipufogó, hőcserélők, erőművek, műhold tervezés stb.
Maradék termikus feszültség:
A termikus (maradék) feszültségekre leginkább a gyártási és kereskedelmi környezet hőmérsékleti különbségei adnak magyarázatot.
Termikusan indukált stressz
σ=E ∆L/L
Hőfeszültség számítása csőben:
A csövek kitágulnak és összehúzódnak a változó hőmérséklet miatt.
A hőtágulási együttható a hőtágulás és -összehúzódás mértékét mutatja.
A hőterhelést befolyásoló tényezők:
- Hőmérséklet gradiens.
- Hőtágulási összehúzódás.
- Hősokkok.
A hőfeszültség az anyag hőtágulási együtthatójától függ, és ha nagyobb a hőmérséklet változás, akkor a feszültség is nagyobb lesz.
Rugalmassági modulus a hőtágulásban:
Ha a rúd axiális irányban nem tud teljesen kitágulni, akkor a tipikus nyomófeszültség által kiváltott
σ=E ∆L/L
ahol E a rugalmassági modulus.
Tehát a szükséges hőfeszültség:
α = –αE (T – T0)
Általánosságban elmondható, hogy egy rugalmas kontinuumban a természetes folyamat végig nem egyenletes, és ez általában az idő és a tér függvénye.
ezért a térkoordináták (x, y, z), azaz T = T(t, x, y, z).
A termikus feszültség elemzés korlátai:
A figyelembe vett test bizonyos területeken visszatartható a tágulástól vagy elmozdulástól, illetve a külső vontatások is alkalmazhatók más régiókban, és ilyen körülmények között a feszültségszámítás meglehetősen bonyolult és nehezen kiszámítható. Ez is a következő esettel korlátozott.
- Vékony, kör alakú korongok azonos hőmérsékletkülönbséggel.
- Hosszú, kör alakú henger. (Ez lehet üreges és tömör)
- Radiális hőmérsékletváltozással rendelkező gömb. (Ez lehet üreges és tömör)
- Tetszőleges keresztmetszetű egyenes gerenda.
- Íves gerenda tok.
Termikus stressz problémák és megoldások:
1) 20 m hosszú acélrúd, 10 Celsius-fok hőmérsékletű. A hőmérsékletet 50 Celsius-fokra emelik. Keresse meg a keletkezett hőfeszültséget.
Adott: T1=10, T2=50, l=20, α=1210^-6, E=20010 ^ 9
Hőfeszültség=α(t2-t1).E
= 1210^-6 (50-10)20010 ^ 9
= 9610^6 N/m^2.
GYIK/Rövid megjegyzések:
Mi a termikus feszültség hatása?
Ez jelentős hatással van az anyagokra, és repedéshez vezethet, a képlékeny alakváltozás pedig hőmérséklettől és anyagtípustól függ.
Milyen anyag használható hőszigetelőként és miért ?
Cellulóz. Mert jobban blokkolja a levegőt, mint az üvegszál, és alacsony a hővezető képessége.
Mi a hőstressz három leggyakoribb típusa?
A hőstressz általánosan használt típusai:
- Érintő
- radiális
- tengelyirányú.
Hogyan számítsuk ki az üveg hőfeszültségét ?
Az üvegben a hőfeszültség különböző hőmérsékleteken változik.
Hőfeszültség és deformáció:
A termikus deformáció az anyag azon tulajdonsága, hogy melegítés hatására tágul, lehűlve pedig összehúzódik, általában a hőmérsékletváltozás miatti alakváltozás, és ezt az α lineáris tágulási együtthatóval fejezzük ki.
α=ΔL/L×Δt
Itt,
⦁ α egy anyag lineáris tágulási együtthatója (1/K).
⦁ ΔL a minta tágulási vagy összehúzódási értéke (mm).
⦁ L a tényleges hossz.
⦁ Δt a hőmérséklet-különbség Kelvinben mérve vagy Celsius-fok.
Minél nagyobb a hőtágulási együttható, annál nagyobb a termikus deformáció értéke.
Hőterhelési időjárás:
A termikus feszültségmállás a hőtörés a, a kőzet mechanikai lebomlása a hőmérséklet változása miatti hőtágulás vagy összehúzódás következtében.
Mi a hőtágulási feszültség és alakváltozás képlete?
Hőfeszültség képlete:
α(t2-t1). E
Termikus alakváltozási képlet:
α(t2-t1).
Mi a kapcsolat a termikus igénybevétel és a termikus feszültség között?
Hőfeszültség és termikus alakváltozás 2D-3D esetekben:
A hőmérsékletváltozások nem adnak eredményt nyírási feszültségek. Mind a 2-D, mind a 3-D esetekben a teljes törzset gyakran a következő vektoregyenlet adja:
ε = εe + εo
A feszültség-feszültség viszonyt pedig az adja
σ = Eεe = E(ε − εo).
Milyen paramétereket kell meghatározni az izotróp anyagokhoz az ANSYS szerkezeti és termikus elemzéséhez?
- Izotróp hővezető képesség
- Anyag
- Hőátadási együttható
Ha a feszültség feszültséget okoz, akkor a szabad hőtágulásban miért hiányzik a feszültség annak ellenére, hogy van hőterhelés:
A feszültség a külső terhelésre gyakorolt belső ellenállás. Amikor az anyagot bármilyen terhelésnek vagy erőnek érik, az anyag megpróbál ellenállni a feszültség kialakulásához vezető erőnek.
Ha az anyag szabad hőtáguláson megy keresztül, az anyag nem tapasztal belső feszültséget, ami feszültségképződést eredményez.
Milyen példák vannak a hőtágulásra a mindennapi életben?
⦁ Hőmérők
⦁ Elektromos oszlopok
⦁ Bimetall szalagok
⦁ Vasúti vonalak.
Mi a termikus diffúzió alkalmazása a való világban? ?
⦁ Szigetelés.
Meghiúsul-e a Hooke-törvény hőtágulás esetén? ?
A Hook-törvény csak akkor érvényes a hőtágulásra, ha a tárgy hőterhelésnek van kitéve. Ha nincs alkalmazott feszültség, akkor nem lesz tágulás, és a Hook-törvény kimondja, hogy a feszültség egyenesen arányos a feszültséggel.
Miért van a réznek ilyen alacsony hőtágulása? ?
Ha a hőtágulási együttható közel azonos az acélnál és a betonnál, akkor miért tekinthető jobb tűzoltónak egy betonszerkezet
Ha a hőtágulási együttható az acélnál és a betonnál is közel azonos, akkor miért tekinthető jobb tűzoltónak egy betonszerkezet:
A betonszerkezet alacsony hővezető képességgel rendelkezik, és nem melegszik fel gyorsan. Ezért ha a hőtágulási együttható közel azonos mind acélnál, mind a betonnál, akkor miért tekinthető a betonszerkezet jobb tűzoltónak?
Miért csinálunk statikus szerkezeti kihajlást a modális termikus nemlineáris kifáradásból feszültség és alakváltozás alapján az Ansys-ben?
Ez egy végeselemes módszer. A szerkezetek pontos és pontos szilárdságának előrejelzésére nemlineáris elemzést végzünk. Figyelembe veszi a paraméterek változását a terhelés hatására.
Mit jelent a hőkapacitás?
Az anyag hőkapacitása az a hőmennyiség, amely az anyaghőmérséklet megváltoztatásához szükséges az anyag egységnyi tömegével.
Mi a különbség az acél és a réz hőtágulási együtthatója között?
Hőtágulási együtthatók 20 °C (x10-6 K-1)
réz=17
acél=11-13.
Mire jó a hővezető képesség?
A hővezető képesség egy tárgy hővezető képessége. Méri az anyagon áthaladó hőmennyiséget.
Van olyan anyag, amelynek a hőtágulási együtthatója nulla?
Kevés olyan anyag létezik, amelynek a hőtágulási együtthatója nulla.
Mezopórusok.
Hooke törvénye| Hooke törvénye a hőfeszültségre:
σth = Eϵth
Ha az anyag szabad hőtáguláson megy keresztül, a szövet nem tapasztal semmilyen belső feszültséget, ami feszültségképződést eredményez.
Mi a hőzsugorodás a betonban:
Amikor a forró beton környezeti hőmérsékleten lehűl, a beton térfogata csökken; ezt a folyamatot termikus összehúzódásnak vagy hőzsugorodásnak nevezik a betonban.
Melyik a legjobb szimulációs és elemző szoftver a gépészethez, főként szerkezeti analízishez és dinamikus analízishez, hő nem szükséges?
Ansys, Nasttan, Abaqus, 1-deas NX stb.
Hőfeszültség-nyúlás: Miért nem hajlik meg a rúd, ha alulról melegítjük úgy, hogy csak az egyik vége van rögzítve?
Hőfeszültségek konzolos gerendákban:
1. eset: Javítva a szabad sáv:
Ha egy rudat felmelegítenek a hőmérséklet emelkedésével, akkor a rúd hajlamos lesz a εo=αLΔT mértékkel tágulni, ha a rúd a többi végén szabad, ε=αΔT hőtáguláson megy keresztül,
ε = εo, εe = 0,
σ =E(ε- εo)=E(αΔT- αΔT)= 0
Vagyis ebben az esetben nincs hőfeszültség.
2. eset: Fix-fix rúd
Ha van egy kényszer a jobb oldalon, vagyis a sáv nem tud a megfelelőre bővülni, akkor a következőt kapjuk:
ε = 0,
εe =−εo
σ=E(ε-εo)=E(0- αΔT)= = −αΔT,
σ = −EαΔT
Így termikus feszültség áll fenn.
A nyírási alakváltozások nem változnak, csak a normál alakváltozások változnak.
Ha a hőmérséklet változik, a test mérete megváltozik, bár ez nem változtatja meg a test alakját. Tehát, figyelembe véve ezt a tényt, a test nyírási feszültsége nem változik.
További cikkekért: kattints ide.
Sulochana vagyok. Gépésztervező mérnök vagyok – M.tech a tervezőmérnök, B.tech a gépészmérnök. Gyakornokként dolgoztam a Hindustan Aeronautics Limitednél a fegyverzeti osztály tervezésében. K+F-ben és tervezésben van tapasztalatom. CAD/CAM/CAE területen jártas vagyok: CATIA | CREO | ANSYS Apdl | ANSYS Workbench | HYPER HÁLÓ | Nastran Patran, valamint a Python, MATLAB és SQL programozási nyelveken.
Szakértelemmel rendelkezem a végeselem-elemzés, a gyártási és összeszerelési tervezés (DFMEA), az optimalizálás, a speciális rezgések, a kompozit anyagok mechanikája és a számítógéppel segített tervezés területén.
Szenvedélyes vagyok a munka iránt és szívesen tanulok. Az életcélom az, hogy céltudatos életet éljek, és hiszek a kemény munkában. Azért vagyok itt, hogy kitűnjek a mérnöki területen egy kihívásokkal teli, élvezetes és szakmailag fényes környezetben dolgozva, ahol teljes mértékben kihasználhatom technikai és logikai készségeimet, folyamatosan fejleszthetem magam és összehasonlíthatom a legjobbakat.
Várom, hogy kapcsolatba léphessünk Önnel a LinkedInen keresztül –