Hőfeszültség: 23 fontos tényező

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:

hőfeszültség a hengerben
Kép jóváírás:Mikael Häggström. Ha ezt a képet külső munkákban használjuk, akkor a következőképpen lehet idézni: Häggström, Mikael (2014). "Mikael Häggström orvosi galériája 2014“. WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI:10.15347/wjm/2014.008ISSN 2002-4436Nyilvános. vagy Mikael Häggström, engedéllyel használja., Kerületi feszültségCC0 1.0

Vékony falú henger:

\\sigma =\\frac{P}{A}

\\sigma =E\\alpha \\Delta T\\frac{pd^{2}}{\\left ( d+2t \\jobbra )^{2}-d^{2}}

\\sigma =E\\alpha \\Delta T\\frac{Pr}{2t}

Vastag falú henger:

\\sigma =\\frac{P}{A}

\\sigma r=E\\alpha \\Delta T(A-\\frac{B}{r^{2}})

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:

(\\alpha L1T1+\\alpha L2T2)=\\frac{\\sigma 1L1}{E1}+\\frac{\\sigma 2L2}{E2}

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.

Példa a hőfeszültségre
Kép forrása linkkel: Az eredeti feltöltő volt Vonatfigyelő at Angol Wikipédia., Síncsat, közkincsként megjelölve, további részletek a Wikimedia Commons

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.

22 1

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.

Írj hozzászólást