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熱膨脹和熱應(yīng)力之間的那點事兒!

更新時間:2021-06-28點擊次數(shù):3557
   熱膨脹系數(shù)指的就是線膨脹系數(shù),在金屬材料中,是這樣的,在高分子材料中,應(yīng)該也是這樣的。
  熱膨脹與熱應(yīng)力之間的關(guān)系?
  熱膨脹產(chǎn)生熱應(yīng)力:
  隨著結(jié)構(gòu)體積的增加,固體單元會承受更高水平的應(yīng)力。熱應(yīng)力會對固體結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性產(chǎn)生很大的影響,并可能使某些組件出現(xiàn)裂紋或斷裂。這些故障會破壞結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計,從而導(dǎo)致潛在的強度減弱和變形。
  焊接殘余應(yīng)力便是眾多例子中的一個。在焊接過程中,將金屬部件的表面熔化并將它們放在一起,這樣就能在部件之間形成黏接,當材料再次固化后,它們便會焊接在一起。焊接后的裝配結(jié)構(gòu)在冷卻過程中,由于熱膨脹系數(shù)不同,某些焊接區(qū)域比其他區(qū)域的收縮更大,這就導(dǎo)致焊接區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生了殘余應(yīng)力。
  支架在外加溫度(紅色)作用下產(chǎn)生應(yīng)力,在應(yīng)力最大的區(qū)域,支架發(fā)生變形。
  在設(shè)計中考慮熱膨脹:
  在設(shè)計過程中,我們必須考慮熱膨脹以及由此產(chǎn)生的應(yīng)力,才能實現(xiàn)材料性能。為此,我們需要研究傳熱與結(jié)構(gòu)力學(xué)之間的關(guān)系,并將結(jié)構(gòu)的材料和位移場作為研究重點。
  以伸縮縫為例。它們經(jīng)常被應(yīng)用在建筑物、橋梁和鐵路的設(shè)計中,用來幫助釋放因溫度升高而引起的內(nèi)部應(yīng)力。這些采用結(jié)構(gòu)件實現(xiàn)分離的設(shè)計對位移進行了補償,在減少結(jié)構(gòu)組件受到的熱應(yīng)力以及結(jié)構(gòu)裂縫控制方面起著至關(guān)重要的作用。
  然而,某些設(shè)計方案卻需要利用熱膨脹及其產(chǎn)生的應(yīng)力。在一種稱為熱配合的過程中,通過將一個外部組件加熱到膨脹點,從而使其與對應(yīng)的內(nèi)部組件實現(xiàn)裝配。這種加熱技術(shù)形成的連接,可以將兩個單獨的零件固定在一起。當兩個組件達到相同的溫度時,連接強度會變得更高。

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