Obsah: Tepelné napětí
Definice tepelného stresu
"Tepelné napětí je napětí v materiálu způsobené změnou teploty a toto napětí povede k plastické deformaci materiálu."
Rovnice tepelného napětí | Vzorec tepelného stresu:
Stres vyvolaný změnou teploty:
σ = Eα∆T
Je zdokumentováno, že změny teploty způsobí zvětšení nebo zmenšení prvků a pokud přírůstek délky jednotného pruhu délky L a ∆L je změna f délky, protože jeho teplota byla změněna z T0 na T, pak couldL být reprezentován jako
∆L = αL (T - T0)
kde α je koeficient tepelné roztažnosti.
Jednotka tepelného namáhání:
Jednotka SI: N / m ^ 2
Napětí tepelného obruče:
Napětí generované pro tepelnou změnu.
Předpokládejme, že na kolo o průměru „D“ byla namontována tenká pneumatika o průměru „d“.
Pokud se teplota pneumatiky změnila tak, že se průměr pneumatiky zvětšil a srovnal se s průměrem kola a pokud se teplota pneumatiky sníží na původní, průměr pneumatiky se pokusí vrátit na původní hodnotu. jeho původní rozměr a v důsledku tohoto procesu se v materiálu pneumatiky vytvořilo napětí. Tento stres je příkladem Thermal obručový stres.
teplotní rozdíl = t stupeň.
tepelné namáhání = Dd / d
Hoop stress = e. E
Proto,
Napínací napětí = (Dd) .E / d
Termická analýza:
Analýza tepelného napětí v ANSYS Workbench | Ansys tepelné napětí | Abaqusova analýza tepelného napětí:
Cílem tepelné analýzy je studovat chování materiálu po aplikaci tepelného zatížení a tepelného namáhání. Ke studiu přenosu tepla v objektu nebo mezi objekty se využívá tepelná analýza pro měření teploty, tepelného gradientu a distribuce toku tepla v těle.
Druhy termické analýzy:
Existují dva druhy termické analýzy:
Stabilní termická analýza:
Stabilní termická analýza si klade za cíl hledat distribuci teploty nebo tepelného toku ve strukturách, když je dosaženo rovnováhy.
Přechodná tepelná analýza:
Soupravy přechodné tepelné analýzy ohýbané určují časovou historii, jak se teplotní profil a další tepelné veličiny mění s časem
Tepelná roztažnost nebo smršťování technických materiálů také často vede k tepelnému namáhání konstrukcí, které lze zkoumat provedením analýzy tepelného namáhání.
Důležitost tepelného stresu:
Analýza tepelných napětí je nezbytná pro stanovení tepelných napětí v důsledku teplotních změn ve strukturách. Můžeme pokračovat
Vyřešte rovnici K. T = q
⦁ Chcete-li získat pole pro změnu teploty, nejprve použijte změnu teploty ΔT jako počáteční přetvoření
Relations Vztahy napětí-deformace v důsledku změny teploty byly stanoveny nejprve pomocí 1D materiálů případu.
Tepelné přetvoření (nebo počáteční přetvoření): εo = αΔT
Případová studie s ANSYS Workbench:
Materiál: Hliník
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
Okrajové podmínky: Teplota vzduchu 28 ° C; h = 30 W / (m2 · ° C). Rovnovážný stav: q ′ = 1000 W / m2 na základně.
Počáteční podmínky: Rovnovážný stav: Jednotná teplota 28 ° C.
- Spusťte pracovní stůl ANSYS
- Vytvořte ustálený systém tepelné analýzy:
- Přidat nový materiál: poskytnutý se všemi uvedenými údaji.
- Spusťte program modelování modelů.
- Vytvořte tělo
- Spusťte tepelný program v ustáleném stavu
- Vytvořit síť
- Použijte okrajové podmínky.
- Vyřešte a načtěte výsledky.
Tepelná analýza vodou chlazeného motoru:
Po dokončení specifikace motoru jsou dodrženy následující kroky.
- Návrh systému voda-jádro a hlava-jádro.
- Návrh liniového systému. (Na základě jeho parametrů, jako je vrtání, stoke a tloušťka atd.)
- Návrh vodního čerpadla a instalace.
- Návrh chladicího systému a jeho subsystémy, jako jsou radiátory, ventilátory, design chladiče oleje.
Aspekty tepelné analýzy bloku motoru:
- Rychlost vody můstku ventilu hlavy válce (návrh průřezu v jádru horní vody).
- Analýza aspektů chlazení pístů a ventilů.
- Analýza kavitace vložky.
- Analýza návrhu těsnění hlavy válců.
Zvětrávání tepelným stresem:
Zvětrávání tepelným napětím je tepelný zlom, který je mechanickým rozpadem horniny v důsledku tepelné roztažnosti nebo kontrakce způsobené změnou teploty.
Účinky tepelných napětí ve svarových spojích:
Tepelné napětí při svařování a lepených spojích:
Teplota těla se rovnoměrně zvyšuje1,
Normální napětí těla je,
x = y = z = α (T)
Zde,
α je součinitel teplotní roztažnost.
T je variace teploty.
Stres je reprezentován jako
σ1 = - E = −α (T) E
podobným způsobem, je-li konzistentní fl na desce omezen po stranách a také vystaven stálému nárůstu teploty.
σ2 = - α (T) E (1 − ν)
Napětí σ1, σ2 se nazývají tepelná napětí. Vznikají v důsledku přirozeného procesu během sevřeného nebo zadrženého prvku.
Rovnice tepelného napětí pro válec | Tepelné napětí ve silnostěnném válci:
Tenkostěnný válec:
Silnostěnný válec:
Proces uvolnění tepelného stresu:
Proces tepelného zpracování se používá ke snížení zbytkových tepelných napětí v materiálech.
Nejprve je třeba součást zahřát na 1100-1200 stupňů F, což vede k uvolnění napětí a udržovat ji tam hodinu na palec tloušťky, a pak ji nechat ochladit v klidném vzduchu při teplotě.
Teplotní roztažnost:
Když u pevného materiálu dojde ke zvýšení teploty nebo teplotního rozdílu, objem struktury pevného materiálu se zvýší, tento jev se uznává jako tepelná roztažnost a tento přírůstek objemu povede ke zvýšení napětí struktury.
Součinitelé tepelné roztažnosti:
- (Lineární střední koeficienty pro teplotní rozsah 0–100 ° C):
- Hliník: 23.9(10) -6 Mosaz, obsazení: 18.7(10) −6
- Uhlíková ocel: 10.8(10) −6 Litina: 10.6(10) −6
- Hořčík: 25.2(10) -6 Niklová ocel: 13.1(10) −6
- Nerezová ocel: 17.3(10) - 6 Wolfram: 4.3(10) −6
Tepelné napětí ve složení složených tyčí:
Tepelné napětí ve složených prutech:
Složené tyče a kompozitní tyče mají při změně teploty tendenci se smršťovat nebo rozpínat. Tepelné namáhání je obecně reverzibilní proces, takže materiál se vrátí do svého skutečného tvaru, když se teplota rovněž sníží na svou skutečnou hodnotu, i když existují materiály, které se nechovají podle tepelné roztažnosti a kontrakce.
Tyče v sérii:
Tepelné napětí a přetvoření:
Definice tepelného napětí a přetvoření:
Napětí vznikající v důsledku změny teploty je známé jako tepelné napětí.
Tepelné napětí = α (t2-t1). E.
Napětí odpovídající tepelnému namáhání se nazývá tepelné namáhání.
Tepelné namáhání = α (t2-t1)
Příklad tepelného napětí:
Tepelné napětí na kolejnice.
Aplikace tepelného namáhání:
Motor, chladič, výfuk, výměníky tepla, elektrárny, satelitní design atd.
Tepelné zbytkové napětí:
Rozdíly v teplotách během výrobního a obchodního prostředí jsou nejvíce vysvětlením tepelných (zbytkových) napětí.
Tepelně indukované napětí
σ = E ∆L / L
Výpočet tepelného napětí v potrubí:
Trubky se rozpínají a smršťují kvůli různým teplotám.
Koeficient tepelné roztažnosti ukazuje rychlost tepelné roztažnosti a kontrakce.
Faktory ovlivňující tepelné namáhání:
- Teplotní gradient.
- Kontrakce tepelné roztažnosti.
- Tepelné šoky.
Tepelné napětí závisí na koeficientu tepelné roztažnosti materiálu a je-li změna teploty větší, bude napětí také větší.
Modul pružnosti v tepelné roztažnosti:
Pokud se brání tomu, aby se tyč úplně roztahovala v axiálním směru, pak je typické vyvolané tlakové napětí
σ = E ∆L / L
kde E je modul pružnosti.
Potřebné tepelné napětí je tedy
α = –αE (T - T0)
Obecně platí, že v elastickém kontinuu není přirozený proces po celou dobu nejednotný a je to obvykle funkce času a prostoru.
proto prostorové souřadnice (x, y, z), tj. T = T (t, x, y, z).
Omezení analýzy tepelného napětí:
Tělo v úvahu by také mohlo být omezeno v expanzi nebo pohybu v některých regionech a externí trakce by mohly být také použity v jiných regionech a výpočet napětí za takových okolností může být docela složitý a obtížně vypočítatelný. To má také následující případ je omezen.
- Tenké kruhové disky se stejným rozdílem teplot.
- Dlouhý kruhový válec. (Může to být duté a pevné)
- Koule s radiálními teplotními změnami. (Může to být duté a pevné)
- Přímý paprsek libovolného průřezu.
- Zakřivené pouzdro paprsku.
Problémy a řešení tepelného stresu:
1) Ocelová tyč o délce 20 m s teplotou 10 stupňů Celsia. Teplota se zvýší na 50 stupňů Celsia. Najděte produkované tepelné napětí.
Dáno: T1 = 10, T2 = 50, l = 20, α = 1210 ^ -6, E = 20010 9 ^
Tepelné napětí = α (t2-t1). E.
= 1210 ^ -6 (50-10)20010 9 ^
= 9610 ^ 6 N / m ^ 2.
FAQ / krátké poznámky:
Jaký je účinek tepelných napětí?
To má významný vliv na materiály a může vést k prasknutí a plastická deformace závisí na teplotě a typu materiálu.
Který materiál lze použít jako tepelný izolátor a proč ?
Celulóza. Protože blokuje vzduch lépe než sklolaminát a má nízkou tepelnou vodivost.
Jaké jsou tři nejběžnější typy tepelného stresu?
Druhy běžně používaného tepelného stresu:
- Tangenciální
- radiální
- axiální.
Jak vypočítat tepelné napětí ve skle ?
Tepelné napětí ve skle se mění při různých teplotách.
Tepelné napětí a deformace:
Tepelná deformace je vlastnost látky expandovat zahřátím a smrštit se ochlazením, obvykle druh deformace v důsledku změny teploty, což je dáno koeficientem lineární roztažnosti α.
α = ΔL / L × Δt
Zde,
⦁ α je koeficient lineární roztažnosti látky (1 / K).
⦁ ΔL je hodnota roztažnosti nebo smrštění vzorku (mm).
⦁ L je skutečná délka.
⦁ Δt je teplotní rozdíl měřeno v Kelvinech nebo stupeň Celsia.
Čím vyšší je koeficient tepelné roztažnosti, tím vyšší je hodnota tepelné deformace.
Zvětrávání tepelným stresem:
Zvětrávání tepelným napětím je tepelný zlom a mechanické poškození horniny v důsledku tepelné roztažnosti nebo smrštění způsobené změnou teploty.
Jaký je vzorec pro napětí a napětí v tepelné roztažnosti?
Vzorec tepelného stresu:
α (t2-t1). E
Vzorec tepelného namáhání:
α (t2-t1).
Jaký je vztah mezi tepelným napětím a teplotním namáháním?
Tepelné napětí a tepelné namáhání v případech 2D-3D:
Teplotní změny se neprojeví smykové deformace. V 2-D i 3-D případech je celé napětí často dáno následující vektorovou rovnicí:
ε = εe + εso
A vztah napětí-deformace je dán vztahem
σ = Eεe = E (ε - εo).
Které parametry je třeba definovat pro izotropní materiály pro strukturní a termickou analýzu v ANSYS?
- Izotropní tepelná vodivost
- Materiál
- Koeficient přenosu tepla
Pokud napětí působí na napětí, pak ve volné tepelné roztažnosti chybí napětí, i když existuje tepelné napětí:
Napětí je vnitřní odpor při působení na vnější zátěž. Když je materiál vystaven jakémukoli zatížení nebo síle, snaží se odolávat síle vedoucí k vytváření napětí.
Pokud materiál prochází volnou tepelnou roztažností, materiál nebude zažívat žádné vnitřní napětí vedoucí k žádné generaci napětí.
Jaké jsou příklady tepelné roztažnosti v každodenním životě?
⦁ Teploměry
⦁ Elektrické stožáry
⦁ Bimetalové pásky
⦁ Železniční tratě.
Jaká je aplikace tepelné difuzivity v reálném světě ?
⦁ Izolace.
Zda Hookeův zákon selhává v případě tepelné roztažnosti ?
Hookův zákon se vztahuje na tepelnou roztažnost pouze tehdy, existuje-li omezení objektu vystaveného tepelnému namáhání. Pokud neexistuje žádný aplikovaný stres, nedojde k žádnému rozšíření a Hookův zákon stanoví, že stres je přímo úměrný napětí.
Proč má měď tak nízkou tepelnou roztažnost ?
Pokud je koeficient tepelné roztažnosti téměř stejný pro ocel i beton, proč je betonová konstrukce považována za lepšího hasiče
Pokud je koeficient tepelné roztažnosti téměř stejný pro ocel i beton, proč je betonová konstrukce považována za lepšího hasiče:
Betonová konstrukce má nízkou tepelnou vodivost a rychle se nezahřívá. Pokud je tedy koeficient tepelné roztažnosti téměř stejný pro ocel i beton, tak proč je betonová konstrukce považována za lepšího hasiče.
Proč v Ansysu provádíme statickou strukturu vzpěrné modální tepelné nelineární únavy na základě napětí a přetvoření?
Je to metoda konečných prvků. K předpovědi přesné a přesné pevnosti konstrukcí se provádí nelineární analýza. Vezme do úvahy změny parametrů při aplikaci zatížení.
Co znamená tepelná kapacita?
Tepelná kapacita materiálu je množství tepla potřebné ke změně teploty materiálu o jednotkovou hmotnost materiálu.
Jaký je rozdíl mezi koeficienty tepelné roztažnosti oceli a mědi?
Koeficienty tepelné roztažnosti 20 ° C (x10−6 K − 1)
měď = 17
ocel = 11-13.
Jaké je použití tepelné vodivosti?
Tepelná vodivost je schopnost objektu vést teplo. Měří množství tepla, které se přenáší materiálem.
Mají nějaké materiály nulový koeficient tepelné roztažnosti?
Existuje jen málo materiálů, které mají nulový koeficient tepelné roztažnosti.
Mezopóry.
Hookeův zákon | Hookeův zákon pro tepelné namáhání:
σth = Eϵth
Pokud materiál prochází volnou tepelnou roztažností, tkanina nebude vystavena žádnému vnitřnímu napětí, které by vedlo k žádnému generování napětí.
Co je tepelné smrštění v betonu:
Když se horký beton ochladil na okolní teplotu, objem betonu se zmenšil; tento proces se nazývá tepelné smrštění nebo tepelné smrštění v betonu.
Jaký je nejlepší simulační a analytický software pro strojírenství, zejména není vyžadován statický výpočet a dynamická analýza?
Ansys, Nasttan, Abaqus, 1-deas NX atd.
Tepelné namáhání: Proč se lišta neohýbá, když je ohřívána zespodu, když je jeden konec upevněn sám:
Tepelná napětí v konzolových nosnících:
Případ 1: Opravená volná lišta:
Pokud je tyč zahřátá při nárůstu teploty, bude mít tyč tendenci expandovat o množství εo = αLΔT, pokud je tyč na ostatních koncích volná, podléhá tepelné roztažnosti ε = αΔT,
ε = εo, εe = 0,
σ = E (ε- εo) = E (αΔT - αΔT) = 0
To znamená, že v tomto případě neexistuje tepelné napětí.
Případ 2: Pevně připevněná lišta
Pokud existuje omezení na pravé straně, to znamená, že se lišta nemůže rozšířit na správné, pak máme:
ε = 0,
εe = −εo
σ = E (ε-εo) = E (0- αΔT) = = −αΔT,
σ = −EαΔT
Existuje tedy tepelné napětí.
Střihové kmeny nemění pouze normální kmeny.
Pokud se teplota změní, změní se velikost těla, ale nezmění to tvar těla. Vzhledem k této skutečnosti se tedy smykové napětí těla nemění.
Pro více článků klikněte zde.
Jsem Sulochana. Jsem strojní konstruktér – M.tech v konstrukčním inženýrství, B.tech ve strojírenství. Pracoval jsem jako stážista v Hindustan Aeronautics Limited v konstrukci oddělení vyzbrojování. Mám zkušenosti s prací v oblasti výzkumu a vývoje a designu. Jsem zběhlý v CAD/CAM/CAE: CATIA | CREO | ANSYS Apdl | ANSYS Workbench | HYPER MESH | Nastran Patran i v programovacích jazycích Python, MATLAB a SQL.
Mám zkušenosti s analýzou konečných prvků, konstrukcí pro výrobu a montáž (DFMEA), optimalizací, pokročilými vibracemi, mechanikou kompozitních materiálů, počítačem podporovaným designem.
Jsem vášnivý pro práci a horlivý student. Mým životním cílem je získat život za účelem a věřím v tvrdou práci. Jsem zde, abych vynikal v oblasti inženýrství tím, že pracuji v náročném, příjemném a profesionálně jasném prostředí, kde mohu plně využít své technické a logické dovednosti, neustále se zdokonalovat a srovnávat to nejlepší.
Těšíme se na spojení přes LinkedIn –
