Stress termico: 23 fattori importanti ad esso correlati

Contenuti: Stress termico

Definizione dello stress termico


"Lo stress termico è lo stress nel materiale dovuto al cambiamento di temperatura e questo stress porterà alla deformazione plastica del materiale."

Equazione dello stress termico | Formula stress termico:


Lo stress indotto a causa del cambiamento di temperatura:
σ = Eα∆T
È documentato che i cambiamenti nella temperatura causeranno l'ingrandimento o la contrazione degli elementi e se l'incremento della lunghezza di una barra uniforme di lunghezza L e ∆L è la variazione di lunghezza f perché la sua temperatura è stata cambiata da T0 a T, allora ∆L potrebbe essere rappresentato come
∆L = αL (T - T0)
dove α è il coefficiente di espansione termica.

Unità di stress termico:

Unità SI: N / m ^ 2

Stress termico del cerchio:

Stress generato per il cambiamento termico.
Supponiamo che un pneumatico sottile di diametro "d" sia stato montato sulla ruota di diametro "D".
Se la temperatura del pneumatico è stata modificata in modo tale che il diametro del pneumatico è aumentato ed è diventato uguale al diametro della ruota e se la temperatura del pneumatico è diminuita all'originale, il diametro del pneumatico tenta di tornare a la sua dimensione originale ea causa di questo processo si è generata una sollecitazione nel materiale del pneumatico. Questo stress è un esempio di Thermal stress da cerchio.
quindi, la differenza di temperatura = t grado.
deformazione termica = Dd / d
Stress del cerchio = e. E
Quindi,
Stress del cerchio = (Dd) .E / d

Analisi termica:
Analisi dello stress termico in ANSYS Workbench | Ansys stress termico | Analisi dello stress termico Abaqus:


L'obiettivo dell'analisi termica è studiare il comportamento del materiale dopo l'applicazione del carico termico e dello stress termico. Per studiare il trasferimento di calore all'interno di un oggetto o tra oggetti e l'analisi termica viene utilizzata per la misurazione della temperatura, il gradiente termico e le distribuzioni del flusso di calore del corpo.


Tipi di analisi termica:

Esistono due tipi di analisi termica:

Analisi termica allo stato stazionario:

L'analisi termica allo stato stazionario mira a ricercare la temperatura o la distribuzione del flusso di calore nelle strutture quando viene raggiunto un equilibrio.

Analisi termica transitoria:

I set di analisi termica transitoria piegati determinano la cronologia temporale di come il profilo della temperatura e altre grandezze termiche cambiano nel tempo
Inoltre, l'espansione o la contrazione termica dei materiali di ingegneria spesso si traduce in stress termico nelle strutture, che possono essere esaminate conducendo un'analisi dello stress termico.

Importanza dello stress termico:

L'analisi delle sollecitazioni termiche è essenziale per determinare le sollecitazioni termiche dovute ai cambiamenti di temperatura nelle strutture. Possiamo procedere

Risolvi l'equazione K. T = q
⦁ Per ottenere i campi di variazione della temperatura, applicare inizialmente la variazione di temperatura ΔT come deformazione iniziale
⦁ Le relazioni sforzo-deformazione dovute al cambiamento di temperatura sono state determinate utilizzando prima i materiali della custodia 1D.
La deformazione termica (o deformazione iniziale): εo = αΔT

Case study con ANSYS Workbench:

Materiale: Alluminio
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
Condizioni al contorno: temperatura dell'aria di 28 ° C; h = 30 W / (m2 · ° C). Stato stazionario: q ′ = 1000 W / m2 sulla base.
Condizioni iniziali: Stato stazionario: temperatura uniforme di 28 ° C.

  • Avvia ANSYS workbench
  • Creare un sistema di analisi termica a stato stazionario:
  • Aggiungi nuovo materiale: fornito con tutti i dati forniti.
  • Avvia il programma di modellazione del design.
  • Crea corpo
  • Avvia il programma termico a stato stazionario
  • Genera mesh
  • Applica condizioni al contorno.
  • Risolvi e recupera i risultati.

Analisi termica del motore raffreddato ad acqua:

Dopo aver finalizzato le specifiche del motore, vengono seguiti i seguenti passaggi.

  • Progettazione del sistema water-core e head-core.
  • Progettazione del sistema di rivestimento. (In base ai suoi parametri come alesaggio, corsa e spessore ecc.)
  • Progettazione della pompa dell'acqua e installazione.
  • Progettazione del sistema di raffreddamento e dei suoi sottosistemi come radiatori, ventole, design del radiatore dell'olio.

Aspetti dell'analisi termica del blocco motore:

  • Velocità dell'acqua del ponte della valvola della testata cilindri (progettazione della sezione trasversale nel nucleo dell'acqua di testa).
  • Analisi dell'aspetto del raffreddamento di pistoni e valvole.
  • Analisi della cavitazione del liner.
  • Analisi del progetto della guarnizione della testata.

Resistenza agli stress termici:

Lo stress termico agli agenti atmosferici è la frattura termica è una rottura meccanica della roccia dovuta all'espansione o contrazione termica causata dal cambiamento di temperatura.

Effetti delle sollecitazioni termiche nei giunti saldati:
Sollecitazione termica nella saldatura e nei giunti incollati:

La temperatura corporea viene aumentata in modo uniforme1,
La normale tensione del corpo è,
x = y = z = α (T)
Qui,
α è il coefficiente di dilatazione termica.
T è la variazione della temperatura.
Lo stress è rappresentato come
σ1 = - E = −α (T) E
in modo simile, se un piatto piano consistente è trattenuto ai lati e sottoposto anche ad un aumento costante della temperatura.
σ2 = - α (T) E (1 − ν)
Le tensioni σ1, σ2 sono chiamate tensioni termiche. Si verificano a causa di un processo naturale durante un membro bloccato o trattenuto.

Equazione dello stress termico per il cilindro | Sollecitazione termica nel cilindro a pareti spesse:

stress termico nel cilindro
Image credit:Mikael Haggström. Quando si utilizza questa immagine in lavori esterni, può essere citata come: Häggström, Mikael (2014). "Galleria medica di Mikael Häggström 2014“. WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI:10.15347 / wjm / 2014.008ISSN 2002-4436Public Domain. o Di Mikael Häggström, usato con permesso., Stress circonferenzialeCC0 1.0

Cilindro a parete sottile:

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

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

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

Cilindro a pareti spesse:

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

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

Processo di riduzione dello stress termico:

Il processo di trattamento termico viene utilizzato per diminuire le sollecitazioni termiche residue nei materiali.
In primo luogo, la parte deve essere riscaldata a 1100-1200 gradi F, portando ad alleviare le sollecitazioni e tenerla lì per un'ora per pollice di spessore, quindi lasciarla raffreddare in aria tranquilla a temperatura.

Dilatazione termica:

Quando un materiale solido subisce un aumento della temperatura o della differenza di temperatura, il volume della struttura del materiale solido aumenta, questo fenomeno è riconosciuto come espansione termica e questo incremento di volume porterà ad un aumento della sollecitazione della struttura.

Coef fi cienti di espansione termica:

  • (Coefficienti medi lineari per l'intervallo di temperatura 0-100 ° C):
  • Alluminio: 23.9(10) −6 Ottone, fuso: 18.7(10) −6
  • Acciaio al carbonio: 10.8(10) −6 Ghisa: 10.6(10) −6
  • Magnesio: 25.2(10) −6 Acciaio al nichel: 13.1(10) −6
  • Acciaio inossidabile: 17.3(10) −6 Tungsteno: 4.3(10) −6

Stress termici nella formula delle barre composite:
Stress termico nelle barre composte:


Le barre composte e le barre composite, quando subiscono variazioni di temperatura, tendono a contrarsi o espandersi. Generalmente la deformazione termica è un processo reversibile, quindi il materiale tornerà alla sua forma effettiva quando anche la temperatura scende al suo valore effettivo, sebbene ci siano alcuni materiali che non si comportano in base all'espansione e alla contrazione termica.

Bar in serie:

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

Stress termico e tensione:
Definizione di stress termico e deformazione:

Lo stress prodotto a causa del cambiamento di temperatura è noto come stress termico.
Stress termico = α (t2-t1) E.
La deformazione corrispondente allo stress termico è nota come deformazione termica.
Deformazione termica = α (t2-t1)

Esempio di stress termico:

Stress termico acceso binari.

Esempio di stress termico
Credito immagine con link: l'autore del caricamento originale era Osservatore di treni at Wikipedia in inglese., Fibbia a rotaia, contrassegnato come dominio pubblico, maggiori dettagli su Wikimedia Commons

Applicazioni di stress termico:

Motore, radiatore, scarico, scambiatori di calore, centrali elettriche, design satellitare, ecc.

Stress termico residuo:

Le differenze all'interno delle temperature durante la produzione e l'ambiente di lavorazione sono la spiegazione più ampia per le sollecitazioni termiche (residue).

Stress indotto termicamente

σ = E ∆L / L

Calcolo dello stress termico nel tubo:

I tubi si espandono e si contraggono a causa delle temperature variabili.
Il coefficiente di espansione termica mostra la velocità di espansione e contrazione termica.

Fattori che influenzano lo stress termico:

  • Gradiente di temperatura.
  • Contrazione della dilatazione termica.
  • Shock termici.

Lo stress termico dipende dal coefficiente di espansione termica del materiale e se il cambiamento di temperatura è maggiore, anche lo stress sarà maggiore.

Modulo di elasticità in espansione termica:

Se si impedisce alla barra di espandersi completamente nella direzione assiale, allora lo è la tipica sollecitazione di compressione indotta
σ = E ∆L / L
dove E è il modulo di elasticità.
Quindi lo stress termico necessario è,
α = –αE (T - T0)
In generale, in un continuum elastico, il processo naturale non è uniforme dappertutto e questa è solitamente una funzione del tempo e dello spazio.
quindi le coordinate spaziali (x, y, z), cioè T = T (t, x, y, z).

Limitazioni dell'analisi dello stress termico:


Il corpo in considerazione potrebbe anche essere impedito dall'espansione o dal movimento in alcune regioni e le trazioni esterne potrebbero essere applicate anche ad altre regioni e il calcolo dello stress in tali circostanze può essere piuttosto complesso e difficile da calcolare. Anche questo avendo il seguente caso è vincolato.

  • Dischi circolari sottili con uguale differenza di temperatura.
  • Cilindro circolare lungo. (Questo potrebbe essere vuoto e solido)
  • Sfera avente variazione di temperatura radiale. (Questo potrebbe essere vuoto e solido)
  • Trave diritta di sezione trasversale arbitraria.
  • Cassa a trave curva.

Problemi e soluzioni di stress termico:

1) Una barra d'acciaio di 20 m di lunghezza con una temperatura di 10 gradi Celsius. La temperatura viene aumentata a 50 gradi Celsius. Trova lo stress termico prodotto.
Dato: T1 = 10, T2 = 50, l = 20, α = 1210 ^ -6, E = 20010 ^ 9

Stress termico = α (t2-t1) E.

= 1210 ^ -6 (50-10)20010 ^ 9

= 9610 ^ 6 N / m ^ 2.

FAQ / Note brevi:

Qual è l'effetto degli stress termici?

Ciò ha un effetto significativo sui materiali e può portare a fratture e la deformazione plastica dipende dalla temperatura e dal tipo di materiale.

Quale materiale può essere utilizzato come isolante termico e perché ?

Cellulosa. Perché blocca l'aria meglio della fibra di vetro e ha una bassa conduttività termica.

Quali sono i tre tipi più comuni di stress da calore?

Tipi di stress da calore comunemente usati:

  • Tangenziale
  • radiale
  • assiale.

Come calcolare le sollecitazioni termiche nel vetro ?

Lo stress termico nel vetro varia a diverse temperature.

Stress termico e deformazione:

La deformazione termica è la proprietà di una sostanza di espandersi con il riscaldamento e contrarsi con il raffreddamento, normalmente tipo di deformazione a causa del cambiamento di temperatura e questo è indicato dal coefficiente di dilatazione lineare α.
α = ΔL / L × Δt
Qui,
⦁ α è il coefficiente di dilatazione lineare di una sostanza (1 / K).
⦁ ΔL è il valore di espansione o contrazione di un provino (mm).
⦁ L è la lunghezza effettiva.
⦁ Δt è la differenza di temperatura misurato in Kelvin o gradi Celsius.
Maggiore è il coefficiente di dilatazione termica, maggiore è il valore di deformazione termica.

Resistenza agli stress termici:

Lo stress termico è la frattura termica a, rottura meccanica della roccia dovuta all'espansione o contrazione termica causata dal cambiamento di temperatura.

Qual è la formula per lo stress e la tensione di espansione termica?

Formula stress termico:

α (t2-t1). E

Formula di ceppo termico:


α (t2-t1).

Qual è la relazione tra stress termico e deformazione termica?

Stress termico e deformazione termica nei casi 2D-3D:
Le variazioni di temperatura non cedono ceppi di taglio. In entrambi i casi 2D e 3D, l'intera deformazione è spesso data dalla seguente equazione vettoriale:
ε = e + εo
E la relazione sforzo-deformazione è data da
σ = Eεe = E (ε - εo).

Quali parametri devono essere definiti per i materiali isotropi per l'analisi strutturale e termica in ANSYS?

  • Conducibilità termica isotropa
  • Materiali
  • Coefficiente di trasmissione del calore

Se la deformazione causa stress, allora nella dilatazione termica libera perché lo stress è assente anche se c'è deformazione termica:


Lo stress è la resistenza interna applicata a un carico esterno. Quando il materiale è sottoposto a qualsiasi carico o forza, il materiale cerca di resistere alla forza che porta alla generazione di sollecitazioni.
Se il materiale sta subendo un'espansione termica libera, il materiale non subirà alcuna sollecitazione interna che non causa la generazione di sollecitazioni.


Quali sono alcuni esempi di dilatazione termica nella vita di tutti i giorni?

⦁ Termometri
⦁ Piloni elettrici
⦁ Strisce bimetalliche
⦁ Linee ferroviarie.

Qual è l'applicazione della diffusività termica nel mondo reale ?

⦁ Isolamento.

La legge di Hooke fallisce in caso di espansione termica ?

La legge di Hook si applica a un'espansione termica solo quando c'è una restrizione all'oggetto sottoposto a stress termico. Se non c'è stress applicato, non ci sarà alcuna espansione e la legge di Hook afferma che lo stress è direttamente proporzionale alla deformazione.

Perché il rame ha un'espansione termica così bassa ?

Se il coefficiente di dilatazione termica è quasi uguale sia per l'acciaio che per il calcestruzzo, allora perché una struttura in calcestruzzo è considerata un vigile del fuoco migliore
Se il coefficiente di dilatazione termica è quasi uguale sia per l'acciaio che per il calcestruzzo, allora perché una struttura in calcestruzzo è considerata un vigile del fuoco migliore:
Una struttura in calcestruzzo ha una bassa conduttività termica e non si riscalda rapidamente. Quindi, se il coefficiente di espansione termica è quasi uguale sia per l'acciaio che per il calcestruzzo, allora perché una struttura in calcestruzzo è considerata un vigile del fuoco migliore.

Perché eseguiamo la fatica termica non lineare modale di instabilità della struttura statica basata su stress e deformazione in Ansys?

È un metodo agli elementi finiti. Per prevedere la resistenza esatta e accurata delle strutture, viene eseguita un'analisi non lineare. Accetta le modifiche dei parametri quando viene applicato il carico.

Cosa significa capacità termica?


La capacità termica del materiale è la quantità di calore richiesta per modificare la temperatura del materiale in base alla massa unitaria del materiale.

Qual è la differenza tra i coefficienti di dilatazione termica dell'acciaio e del rame?

Coefficienti di dilatazione termica 20 ° C (x10−6 K − 1)
rame = 17
acciaio = 11-13.

Qual è l'uso della conducibilità termica?

La conduttività termica è la capacità di un oggetto di condurre calore. Misura la quantità di calore che si trasferisce attraverso il materiale.

Ci sono materiali che hanno un coefficiente di dilatazione termica pari a zero?

Esistono pochi materiali che hanno coefficiente di dilatazione termica nullo.
Mesopori.

Legge di Hooke | Legge di Hooke per lo stress termico:

th = Eϵth
Se il materiale sta subendo un'espansione termica libera, il tessuto non subirà alcuna sollecitazione interna che non causa la generazione di sollecitazioni.

Cos'è il ritiro termico nel calcestruzzo:

Quando il calcestruzzo caldo si raffredda a temperatura ambiente, il volume del calcestruzzo si riduce; questo processo è chiamato contrazione termica o ritiro termico nel calcestruzzo.

Qual è il miglior software di simulazione e analisi per l'ingegneria meccanica principalmente analisi strutturale e analisi dinamica termica non richiesta?

Ansys, Nasttan, Abaqus, 1-deas NX, ecc.

Stress-sforzo termico: perché la barra non si piega quando viene riscaldata dal basso con una sola estremità fissa:

Sollecitazioni termiche nelle travi a sbalzo:

Caso 1: barra libera fissa:
Se un'asta viene riscaldata per aumento della temperatura, l'asta tenderà ad espandersi di una quantità εo = αLΔT, se l'asta è libera alle altre estremità, subisce espansione termica ε = αΔT,
ε = εo, e = 0,
σ = E (ε- εo) = E (αΔT- αΔT) = 0
Cioè, non c'è stress termico in questo caso.

Case2: barra fissa fissa
Se c'è un vincolo sul lato destro, cioè la barra non può espandersi nel modo corretto, allora abbiamo:
= 0,
εe = −εo
σ = E (ε-εo) = E (0- αΔT) = = −αΔT,
σ = −EαΔT
Pertanto, esiste lo stress termico.

22/1

Le deformazioni di taglio non cambiano solo le deformazioni normali.

Se la temperatura cambia, la dimensione del corpo cambia, anche se non cambierà la forma del corpo. Quindi, considerando questo fatto, la deformazione di taglio del corpo non cambia.

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