Содержание: Термическое напряжение
Определение термического напряжения
«Термическое напряжение - это напряжение в материале из-за изменения температуры, и это напряжение приведет к пластической деформации материала».
Уравнение теплового напряжения | Формула термического напряжения:
Напряжение, вызванное изменением температуры:
σ = Eα∆T
Документально подтверждено, что изменения температуры вызовут увеличение или уменьшение элементов, и если приращение длины однородного стержня длиной L и ∆L является изменением длины f из-за того, что его температура была изменена с T0 на T, тогда ∆L может быть представленным как
∆L = αL (Т - Т0)
где α коэффициент теплового расширения.
Единица термического напряжения:
Единица СИ: Н / м ^ 2
Тепловая кольцевая нагрузка:
Напряжение, возникающее при тепловом изменении.
Предположим, что тонкая шина диаметром «d» установлена на колесо диаметром «D».
Если температура шины была изменена таким образом, что диаметр шины увеличился и стал равен диаметру колеса, а если температура шины уменьшилась до исходной, диаметр шины пытается вернуться к ее первоначальный размер, и из-за этого процесса в материале шины возникает напряжение. Это напряжение является примером термического растягивающая нагрузка центробежного происхождения.
Итак, разница температур = t градус.
тепловая деформация = Dd / d
Напряжение кольца = e. E
Следовательно,
Напряжение кольца = (Dd) .E / d
Термический анализ:
Анализ термических напряжений в ANSYS Workbench | Тепловое напряжение ANSYS | Анализ термического напряжения Abaqus:
Целью термического анализа является изучение поведения материала после приложения термической нагрузки и термического напряжения. Чтобы изучить теплопередачу внутри объекта или между объектами, термический анализ используется для измерения температуры, теплового градиента и распределения теплового потока тела.
Виды термического анализа:
Есть два вида термического анализа:
Стационарный термический анализ:
Стационарный термический анализ направлен на поиск распределения температуры или теплового потока в конструкциях при достижении равновесия.
Переходный термический анализ:
Изогнутые наборы для анализа переходных процессов определяют хронологию изменения температурного профиля и других тепловых величин со временем.
Кроме того, тепловое расширение или сжатие инженерных материалов часто приводит к тепловому напряжению в конструкциях, которое можно исследовать путем проведения анализа термических напряжений.
Важность термического стресса:
Анализ термических напряжений необходим для определения термических напряжений из-за температурных изменений в конструкциях. Мы можем перейти к
Решите уравнение K. T = q
⦁ Для получения полей изменения температуры сначала примените изменение температуры ΔT в качестве начальной деформации.
⦁ Зависимость напряжения от деформации из-за изменения температуры сначала была определена с использованием одномерных материалов корпуса.
Термическая деформация (или начальная деформация): εo = αΔT
Пример использования ANSYS Workbench:
Материал: Алюминий
k = 170 Вт / (м · К)
ρ = 2800 кг / м3;
c = 870 Дж / (кг · К)
E = 70ГПа;
v = 0.3
α = 22 × 10–6 / ° С
Граничные условия: Температура воздуха 28 ° С; h = 30 Вт / (м2 · ° C). Устойчивое состояние: q ′ = 1000 Вт / м2 на основании.
Начальные условия: Устойчивое состояние: равномерная температура 28 ° C.
- Запустите рабочую среду ANSYS
- Создайте стационарную систему термического анализа:
- Добавить новый материал: со всеми предоставленными данными.
- Запустите программу моделирования дизайна.
- Создать тело
- Запустить установившуюся тепловую программу
- Создать сетку
- Примените граничные условия.
- Решайте и получайте результаты.
Термический анализ двигателя с водяным охлаждением:
Следующие шаги выполняются после завершения спецификации двигателя.
- Проектирование системы водяного сердечника и головного сердечника.
- Дизайн лайнеровой системы. (На основе его параметров, таких как диаметр отверстия, ход, толщина и т. Д.)
- Дизайн водяного насоса и установки.
- Конструкция системы охлаждения и ее подсистем, таких как радиаторы, вентиляторы, конструкция маслоохладителя.
Аспекты термического анализа блока цилиндров:
- Гидравлический мост клапана головки цилиндров (расчет поперечного сечения в сердечнике верхнего течения).
- Анализ аспектов охлаждения поршня и клапана.
- Анализ кавитации футеровки.
- Анализ конструкции прокладки ГБЦ.
Термическое выветривание:
Выветривание под термическим напряжением - это термическое разрушение - это механическое разрушение породы из-за теплового расширения или сжатия, вызванного изменением температуры.
Влияние термических напряжений на сварные соединения:
Термические напряжения при сварке и в клеевых соединениях:
Температура тела повышается равномерно1,
Нормальное напряжение тела:
х = у = z = α (Т)
Здесь,
α – коэффициент тепловое расширение.
T - изменение температуры.
Напряжение представлено как
σ1 = - E = −α (T) E
аналогичным образом, если постоянная плоская пластина ограничена по бокам, а также подвергается постоянному повышению температуры.
σ2 = - α (T) E (1 - ν)
Напряжения σ1, σ2 называются термическими напряжениями. Они возникают из-за естественного процесса при зажатом или удерживаемом элементе.
Уравнение теплового напряжения для цилиндра | Термическое напряжение в толстостенном цилиндре:
Тонкостенный цилиндр:
σ=П/А
Толстостенный цилиндр:
σ=П/А
Процесс термического снятия напряжения:
Процесс термической обработки используется для уменьшения остаточных термических напряжений в материалах.
Во-первых, деталь необходимо нагреть до 1100-1200 градусов по Фаренгейту, чтобы снять напряжение, и удерживать ее там в течение часа на каждый дюйм толщины, а затем оставить охлаждаться на спокойном воздухе при температуре.
Термическое расширение:
Когда твердый материал испытывает увеличение температуры или разницы температур, объем структуры твердого материала увеличивается, это явление считается тепловым расширением, и это увеличение объема приведет к увеличению напряжения в конструкции.
Коэффициенты теплового расширения:
- (Линейные средние коэффициенты для диапазона температур 0–100 ° C):
- Алюминий: 23.9(10) −6 Латунь, литье: 18.7(10) −6
- Углеродистая сталь: 10.8(10) −6 Чугун: 10.6(10) −6
- Магний: 25.2(10) −6 Никелевая сталь: 13.1(10) −6
- Нержавеющая сталь: 17.3(10) −6 Вольфрам: 4.3(10) −6
Формула термических напряжений в композитных стержнях:
Термическое напряжение в составных стержнях:
Составные стержни и композитные стержни при изменении температуры имеют тенденцию сжиматься или расширяться. Обычно термическая деформация - это обратимый процесс, поэтому материал вернется к своей реальной форме, когда температура также снизится до своего фактического значения, хотя есть некоторые материалы, которые не ведут себя в соответствии с тепловым расширением и сжатием.
Бары в серии:
Термическое напряжение и деформация:
Определение термического напряжения и деформации:
Напряжение, возникающее из-за изменения температуры, известно как термическое напряжение.
Термическое напряжение = α (t2-t1) .E
Деформация, соответствующая термическому напряжению, известна как тепловая деформация.
Термическая деформация = α (t2-t1)
Пример термического напряжения:
Тепловая нагрузка на рельсы.
Области применения термического напряжения:
Двигатель, радиатор, выхлоп, теплообменники, электростанции, спутниковая конструкция и т. Д.
Остаточное термическое напряжение:
Разница в температурах в производственной и торговой среде является наиболее вероятным объяснением термических (остаточных) напряжений.
Термоиндуцированный стресс
σ = E ∆L / L
Расчет термического напряжения в трубе:
Трубы расширяются и сжимаются из-за переменных температур.
Коэффициент теплового расширения показывает скорость теплового расширения и сжатия.
Факторы, влияющие на термическое напряжение:
- Температурный градиент.
- Сжатие при тепловом расширении.
- Термические шоки.
Термическое напряжение зависит от коэффициента теплового расширения материала, и если изменение температуры больше, то напряжение также будет больше.
Модуль упругости при тепловом расширении:
Если предотвратить полное расширение стержня в осевом направлении, то типичное индуцированное сжимающее напряжение равно
σ = E ∆L / L
где E - модуль упругости.
Итак, необходимое тепловое напряжение:
α = –αE (T - T0)
В целом, в упругом континууме естественный процесс неоднороден по всему, и обычно это функция времени и пространства.
следовательно, пространственные координаты (x, y, z), т.е. T = T (t, x, y, z).
Ограничения анализа термического напряжения:
Принимаемое во внимание тело также может быть ограничено от расширения или движения в некоторых областях, и внешние силы могут также применяться к другим областям, и расчет напряжения в таких обстоятельствах может быть довольно сложным и трудным для вычисления. Это также имеет следующий случай.
- Тонкие круглые диски с одинаковой разницей температур.
- Длинный круговой цилиндр. (Это может быть полый и цельный)
- Сфера, имеющая радиальное изменение температуры. (Это может быть полый и цельный)
- Прямая балка произвольного сечения.
- Корпус изогнутой балки.
Проблемы и решения термического стресса:
1) Стальной стержень длиной 20 м с температурой 10 градусов Цельсия. Температура повышена до 50 градусов по Цельсию. Найдите возникающее тепловое напряжение.
Дано: T1 = 10, T2 = 50, l = 20, α = 12.10 ^ -6, E = 20010 ^ 9
Термическое напряжение = α (t2-t1) .E
= 1210 ^ -6 (50-10)20010 ^ 9
= 9610 ^ 6 Н / м ^ 2.
FAQ / Краткие заметки:
На что влияют термические напряжения?
Это оказывает значительное влияние на материалы и может привести к разрушению, а пластическая деформация зависит от температуры и типа материала.
Какой материал можно использовать в качестве теплоизолятора и почему ?
Целлюлоза. Потому что он лучше блокирует воздух, чем стекловолокно, и имеет низкую теплопроводность.
Какие три наиболее распространенных типа теплового стресса?
Часто используемые типы теплового стресса:
- тангенциальный
- радиальный
- осевой.
Как рассчитать термические напряжения в стекле ?
Термическое напряжение в стекле изменяется при разных температурах.
Термическое напряжение и деформация:
Термическая деформация - это свойство вещества расширяться при нагревании и сжиматься при охлаждении, обычно это вид деформации из-за изменения температуры, и это выражается коэффициентом линейного расширения α.
α = ΔL / L × Δt
Здесь,
⦁ α - это коэффициент линейного расширения вещества (1 / K).
⦁ ΔL - это величина расширения или сжатия образца (мм).
⦁ L - фактическая длина.
⦁ Δt – разница температур измеряется в Кельвинах или градусов Цельсия.
Чем выше коэффициент теплового расширения, тем выше значение тепловой деформации.
Термическое выветривание:
Выветривание под термическим напряжением - это термическое разрушение a, механическое разрушение породы из-за теплового расширения или сжатия, вызванного изменением температуры.
Какова формула напряжения и деформации при тепловом расширении?
Формула термического напряжения:
α (t2-t1). E
Формула термической деформации:
α (t2-t1).
Какая связь между термическим напряжением и термической деформацией?
Термическое напряжение и тепловая деформация в случаях 2D-3D:
Изменения температуры не дают деформации сдвига. Как в 2-D, так и в 3-D случаях деформация в целом часто задается следующим векторным уравнением:
ε = εe + εo
Соотношение напряжения и деформации определяется выражением
σ = Eεe = E (ε - εo).
Какие параметры должны быть определены для изотропных материалов для структурного и термического анализа в ANSYS?
- Изотропная теплопроводность
- Материалы
- Коэффициент теплопередачи
Если деформация вызывает напряжение, то почему при свободном тепловом расширении напряжение отсутствует, хотя есть тепловая деформация:
Напряжение - это внутреннее сопротивление при приложении к внешней нагрузке. Когда материал подвергается какой-либо нагрузке или силе, материал пытается противостоять силе, приводящей к возникновению напряжения.
Если материал подвергается свободному тепловому расширению, он не будет испытывать никаких внутренних напряжений, ведущих к отсутствию образования напряжений.
Каковы примеры теплового расширения в повседневной жизни?
⦁ Термометры
⦁ Электрические опоры
⦁ Биметаллические полосы
⦁ Железнодорожные пути.
Какое применение температуропроводности в реальном мире ?
⦁ Изоляция.
Закон Гука не работает в случае теплового расширения ?
Закон Хука применим к тепловому расширению только тогда, когда есть ограничение на объект, подвергающийся термическому напряжению. Если нет приложенного напряжения, не будет никакого расширения, и закон Гука гласит, что напряжение прямо пропорционально деформации.
Почему у меди такое низкое тепловое расширение ?
Если коэффициент теплового расширения почти одинаков как для стали, так и для бетона, то почему бетонная конструкция считается лучшим средством пожаротушения?
Если коэффициент теплового расширения для стали и бетона практически одинаков, то почему бетонная конструкция считается лучшим средством пожаротушения:
Бетонная конструкция имеет низкую теплопроводность и не нагревается быстро. Следовательно, если коэффициент теплового расширения почти одинаков как для стали, так и для бетона, то почему бетонная конструкция считается лучшим средством пожаротушения.
Почему мы выполняем модальную термическую нелинейную усталость при статическом изгибе конструкции на основе напряжений и деформаций в Ansys?
Это метод конечных элементов. Чтобы предсказать точную и точную прочность конструкций, выполняется нелинейный анализ. Учитывает изменение параметров по мере приложения нагрузки.
Что означает тепловая мощность?
Теплоемкость материала - это количество тепла, необходимое для изменения температуры материала на единицу массы материала.
В чем разница между коэффициентами теплового расширения стали и меди?
Коэффициенты теплового расширения 20 ° C (x10−6 K − 1)
медь = 17
сталь = 11-13.
Какая польза от теплопроводности?
Теплопроводность - это способность объекта проводить тепло. Он измеряет количество тепла, которое проходит через материал.
Есть ли у каких-либо материалов нулевой коэффициент теплового расширения?
Существует несколько материалов с нулевым коэффициентом теплового расширения.
Мезопоры.
Закон Гука | Закон Гука для термического напряжения:
σth = Eϵth
Если материал подвергается свободному тепловому расширению, ткань не будет испытывать никаких внутренних напряжений, ведущих к отсутствию образования напряжений.
Что такое термоусадка в бетоне:
Когда горячий бетон остывает до температуры окружающей среды, объем бетона уменьшается; в бетоне этот процесс называется термической усадкой или термической усадкой.
Какое программное обеспечение для моделирования и анализа лучше всего подходит для машиностроения, в основном для структурного анализа и динамического анализа, который не требуется?
Ansys, Nasttan, Abaqus, 1-deas NX и др.
Термическое напряжение-деформация: почему стержень не изгибается при нагревании снизу с закрепленным только одним концом:
Термические напряжения в консольных балках:
Случай 1: Фиксированный свободный бар:
Если стержень нагревается за счет повышения температуры, стержень будет стремиться расшириться на величину εo = αLΔT, если стержень свободен на других концах, подвергнется тепловому расширению ε = αΔT,
ε = εo, εe = 0,
σ = E (ε- εo) = E (αΔT- αΔT) = 0
То есть термического напряжения в этом случае нет.
Случай 2: фиксированный фиксированный стержень
Если в правой части есть ограничение, то есть полоса не может расшириться до нужного значения, тогда мы имеем:
е = 0,
εe = −εo
σ = E (ε-εo) = E (0- αΔT) = = −αΔT,
σ = −EαΔT
Таким образом, существует термическое напряжение.
Деформации сдвига не изменяются, изменяются только нормальные деформации.
Если температура изменится, размер тела изменится, но не изменит форму тела. Таким образом, с учетом этого факта сдвиговая деформация тела не меняется.
Для больше статей, нажмите здесь..
