Thermal stress | Mahalaga na Kadahilanan na may 10 + FAQs

Thermal stress | Mahalaga na Kadahilanan na may 10 + FAQs

Thermal stress

Mga Nilalaman: Thermal stress

Kahulugan ng Thermal stress


"Ang thermal stress ay ang stress sa materyal dahil sa pagbabago ng temperatura at ang stress na ito ay hahantong sa pagpapapangit ng plastik sa materyal."

Equal ng pagkakasama sa stress | Formula ng thermal stress:


Ang stress na sapilitan dahil sa pagbabago ng temperatura:
σ = Eα∆T
Naidokumento na ang mga pagbabago sa temp ay magdudulot ng mga sangkap na lumaki o makakontrata at kung ang pagtaas sa haba ng isang pare-parehong bar ng haba na L at isL ay ang pagbabago f haba dahil sa temp nito ay nabago mula T0 hanggang T kung kaya't kinakatawan bilang
∆L = αL (T - T0)
kung saan ang coefficient ng thermal expansion.

Thermal stress unit:

Yunit ng SI: N / m ^ 2

Thermal hoop stress:

Nabuo ang stress para sa pagbabago ng thermal.
Ipagpalagay natin na ang isang manipis na gulong na may diameter na 'd' ay nilagyan sa gulong ng diameter na 'D'.
Kung ang temp ng gulong ay nabago sa isang paraan na ang diameter ng gulong ay nadagdagan at ito ay naging katumbas ng diameter ng gulong at kung ang temp ng gulong ay nabawasan sa orihinal, ang diameter ng gulong ay sumusubok na bumalik sa ang orihinal na dimensyon at dahil sa prosesong ito isang stress ang nabuo sa materyal na gulong. Ang stress na ito ay isang halimbawa ng stress ng Thermal hoop.
kaya, ang pagkakaiba sa temperatura = t degree.
thermal pilay = Dd / d
Hoop stress = e. E
Kaya,
Hoop stress = (Dd) .E / d

Thermal Analysis:
Pagsusuri sa thermal stress sa ANSYS Workbench | Ansys thermal stress | Pagsusuri sa thermal stress ng Abaqus:


Ang layunin ng thermal analysis ay pag-aralan ang pag-uugali ng materyal pagkatapos mag-apply ng thermal loading at thermal stress. Upang mapag-aralan ang paglipat ng init sa loob ng isang bagay o sa pagitan ng mga bagay at pag-aaral ng thermal ay ginagamit para sa pagsukat ng temp, thermal gradient, at mga pamamahagi ng init na pagkilos ng bagay sa katawan.


Mga uri ng thermal analysis:

Mayroong dalawang uri ng thermal analysis:

Panloob na pagtatasa ng thermal na estado:

Nilalayon ng matatag na estado na pagtatasa ng thermal na hanapin ang temperatura o pamamahagi ng pagkilos ng bagay sa init ng mga istraktura kapag naabot ang isang balanse.

Panandaliang pagtatasa ng thermal:

Ang pansamantalang pagtatakda ng thermal analysis ay baluktot matukoy ang kasaysayan ng oras kung paano nagbabago ang profile profile at iba pang mga thermal dami sa oras
Gayundin, ang pagpapalawak ng thermal o pag-ikli ng mga materyales sa engineering ay kadalasang nagreresulta sa thermal stress sa mga istraktura, na maaaring suriin sa pamamagitan ng pagsasagawa ng pagsusuri ng thermal-stress.

Kahalagahan ng thermal stress:

Ang Pagsusuri ng Thermal Stress ay mahalaga upang matukoy ang mga thermal stress dahil sa mga pagbabago sa temperatura sa mga istraktura. Maaari tayong magpatuloy sa

Malutas ang Equation K. T = q
⦁ Upang makuha ang mga patlang ng pagbabago ng temperatura sa una ilapat ang pagbabago ng temperatura ΔT bilang paunang pilay
⦁ Ang mga ugnayan sa stress-strain dahil sa pagbabago ng temperatura ay natutukoy sa pamamagitan ng unang paggamit ng mga materyal na kaso ng 1D.
Ang thermal pilay (o paunang pilay): εo = αΔT

Pag-aaral ng kaso sa ANSYS Workbench:

Material: Aluminum
k = 170 W / (m · K)
ρ = 2800 kg / m3;
c = 870 J / (kg · K)
E = 70GPa;
v = 0.3
α = 22 × 10-6 / ° C
Mga kondisyon sa hangganan: Temperatura ng hangin na 28 ° C; h = 30 W / (m2 · ° C). Panay na estado: q ′ = 1000 W / m2 sa base.
Paunang kundisyon: Panay-estado: Parehong temperatura ng 28 ° C.

  • Simulan ang ANSYS workbench
  • Lumikha ng isang steady-state thermal analysis system:
  • Magdagdag ng bagong materyal: na ibinigay sa lahat ng ibinigay na data.
  • Ilunsad ang programa ng modelo ng disenyo.
  • Lumikha ng katawan
  • Ilunsad ang steady-state thermal program
  • Bumuo ng mata
  • Mag-apply ng mga kundisyon ng hangganan.
  • Malutas at kunin ang mga resulta.

Thermal analysis ng engine na pinalamig ng tubig:

Ang mga sumusunod na hakbang ay sinusundan pagkatapos ng pagtatapos ng detalye ng engine.

  • Disenyo ng water-core at head-core system.
  • Disenyo ng liner system. (Batay sa mga parameter nito tulad ng pagsilang, stoke at kapal atbp.)
  • Disenyo ng water pump at pag-install.
  • Ang disenyo ng system ng paglamig at ito ay mga subsystem tulad ng radiator, tagahanga, disenyo ng oil-cooler.

Mga aspeto ng thermal analysis ng engine block:

  • Ang silindro ng ulo ng balbula ay tulay ng mga bilis ng tubig (disenyo ng cross section sa core ng ulo ng tubig).
  • Pagsusuri sa aspeto ng paglamig ng piston at balbula.
  • Pagsusuri sa Liner na cavitation.
  • Pagsusuri sa disenyo ng gasket ng ulo ng silindro.

Paglikot ng thermal stress:

Ang Thermal stress Weathering ay ang thermal bali ay isang mekanikal na pagkasira ng bato dahil sa paglawak ng thermal o pag-ikli sanhi ng pagbabago ng temperatura.

Mga epekto ng mga thermal stress sa mga magkasanib na magkasanib:
Thermal stress sa hinang at sa mga pinagbuklod na mga kasukasuan:

Ang temperatura ng katawan ay pare-pareho sa 1 tumaas,
Ang normal na pilay ng katawan ay,
x = y = z = α (T)
Dito,
Ang α ay co-efficit ng thermal expansion.
Ang T ay ang pagkakaiba-iba ng temp.
Ang stress ay kinakatawan bilang
σ1 = - E = −α (T) E.
sa isang katulad na paraan, kung ang isang pare-pareho fl sa plato ay pinigilan sa mga gilid at napailalim din sa isang pare-pareho na pagtaas ng temp.
σ2 = - α (T) E (1 − ν)
Ang mga stress na σ1, σ2 ay tinatawag na mga thermal stress. Bumangon sila dahil sa isang natural na proseso sa panahon ng isang na-clamp o pinigilan na miyembro.

Katumbas na equation ng stress para sa silindro | Thermal stress sa makapal na may pader na silindro:

thermal stress sa silindro
Image credit:Mikael Häggström. Kapag ginagamit ang imaheng ito sa mga panlabas na gawa, maaaring ito ay mabanggit bilang: Häggström, Mikael (2014). "Medical gallery ng Mikael Häggström 2014". WikiJournal of Medicine 1 (2). Doi:10.15347 / wjm / 2014.008ISSN 2002-4436Public Domain. o Ni Mikael Häggström, ginamit nang may pahintulot., Circumferential stressCC0 1.0

Manipis na pader na Silindro:

\ sigma = \ frac {P} {A}

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

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

Makapal na pader na silindro:

\ sigma = \ frac {P} {A}

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

Proseso ng lunas sa thermal stress:

Ang proseso ng paggamot sa init ay ginagamit upang bawasan ang natitirang mga thermal stress sa mga materyales.
Una, ang bahagi ay kailangang maiinit sa 1100-1200degree F, na humahantong sa kaluwagan ng mga stress at hawakan ito doon ng isang oras bawat pulgada ng kapal, at pagkatapos ay umalis upang magpalamig sa matahimik na hangin sa temperatura.

Thermal Expansion:

Kapag ang isang solidong materyal ay nakakaranas ng pagtaas ng pagkakaiba sa temp o temperatura, ang dami ng istraktura ng solidong materyal ay tumataas, ang kababalaghang ito ay kinikilala bilang thermal expansion at ang pagtaas ng lakas ng tunog na ito ay hahantong sa isang pagtaas ng stress ng istraktura.

Mga Coef security ng Thermal Expansion:

  • (Mga Linear na Kahulugan ng Mga Coef para sa Saklaw ng Temperatura 0-100 ° C):
  • Aluminium: 23.9(10) −6 Brass, cast: 18.7(10) −6
  • Carbon steel: 10.8(10) −6 Cast iron: 10.6(10) −6
  • Magnesiyo: 25.2(10) −6 Nickel steel: 13.1(10) −6
  • Hindi kinakalawang na asero: 17.3(10) −6 Tungsten: 4.3(10) −6

Mga thermal stress sa formula ng mga pinaghalong bar:
Thermal stress sa mga compound bar:


Ang mga compound bar at composite bar, kapag sumasailalim sa pagbabago ng temperatura, ay may posibilidad na kontrata o palawakin. Sa pangkalahatan ang thermal-strain ay isang proseso na nababaligtad kaya't ang materyal ay babalik sa kanyang tunay na hugis kapag ang temp ay bumaba din sa kanyang tunay na halaga, kahit na may ilang mga materyales na hindi kumilos ayon sa thermal expansion at contraction.

Mga bar sa serye:

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

Thermal stress at pilay:
Thermal stress at kahulugan ng pilay:

Ang stress na nagawa dahil sa pagbabago ng temperatura ay kilala bilang thermal-stress.
Thermal stress = α (t2-t1) .E
Ang pilay na naaayon sa thermal stress ay kilala bilang thermal strain.
Thermal strain = α (t2-t1)

Halimbawa ng thermal stress:

Thermal stress sa daang-bakal

Halimbawa ng thermal stress
Credit ng imahe na may link: Ang orihinal na uploader ay Tagabantay ng tren at Ingles Wikipedia., buckle ng riles, minarkahan bilang pampublikong domain, higit pang mga detalye sa Wikimedia Commons

Mga application ng thermal stress:

Engine, radiator, tambutso, mga nagpapalitan ng init, mga planta ng kuryente, disenyo ng satellite, atbp.

Thermal na natitirang stress:

Ang mga pagkakaiba-iba sa loob ng temperatura sa panahon ng pagmamanupaktura at pakikitungo sa kapaligiran ay ang pinaka paliwanag para sa mga thermal (natitirang) stress.

Thermally sapilitan stress

σ = E ∆L / L

Pagkalkula ng thermal stress sa tubo:

Ang mga tubo ay lumalawak at nagkakontrata dahil sa variable temperatura.
Ang koepisyent ng thermal expansion ay nagpapakita ng rate ng thermal expansion at contraction.

Mga kadahilanan na nakakaapekto sa thermal stress:

  • Gradient ng temperatura.
  • Pag-ikli ng pag-unlad ng thermal.
  • Mga thermal shock.

Ang thermal stress ay nakasalalay sa koepisyent ng pagpapalawak ng thermal ng materyal at kung ang pagbabago ng temp ay higit pa, ang stress ay magiging higit din.

Modulus ng Elasticity sa thermal expansion:

Kung ang bar ay pipigilan mula sa ganap na pagpapalawak sa loob ng axial direction, ang tipikal na compressive stress-induced ay
σ = E ∆L / L
kung saan ang E ay ang modulus ng pagkalastiko.
Kaya't ang thermal stress na kinakailangan ay,
α = –αE (T - T0)
Sa pangkalahatan, sa isang nababanat na pagpapatuloy, ang natural na proseso ay hindi pare-pareho sa buong at ito ay isang pag-andar ng oras at puwang na karaniwang.
samakatuwid ang mga coordinate ng puwang (x, y, z), ie T = T (t, x, y, z).

Mga limitasyon ng pagtatasa ng thermal stress:


Ang katawan sa account ay maaari ring mapigilan mula sa pagpapalawak o paggalaw sa ilang mga rehiyon, at ang mga panlabas na traksyon ay maaari ring mailapat sa ibang mga rehiyon at ang pagkalkula ng stress sa ilalim ng naturang mga pangyayari ay maaaring maging kumplikado at mahirap makalkula. Ang pagkakaroon din ng sumusunod na kaso ay napipigilan.

  • Manipis na pabilog na mga disk na may pantay na pagkakaiba sa temp.
  • Mahabang pabilog na silindro. (Maaari itong maging guwang at solid)
  • Ang sphere ay mayroong pagkakaiba-iba ng temperatura ng radial. (Maaari itong maging guwang at solid)
  • Straight beam ng di-makatwirang seksyon ng krus.
  • Kaso ng kurbadong sinag.

Mga problema at solusyon sa thermal stress:

1) Isang bakal na tungkod ng haba na 20m na ​​may temperatura na 10-degree Celsius. Tumaas ang temperatura sa 50 degree Celsius. Hanapin ang nagawa na thermal stress.
Ibinigay: T1 = 10, T2 = 50, l = 20, α = 1210 ^ -6, E = 20010 ^ 9

Thermal stress = α (t2-t1) .E

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

= 9610 ^ 6 N / m ^ 2.

FAQ / Maikling Tala:

Ano ang epekto ng mga thermal stress?

Ito ay may malaking epekto sa mga materyales at maaaring humantong sa pagkabali, at ang pagpapapangit ng plastik ay nakasalalay sa uri ng temperatura at materyal.

Aling materyal ang maaaring magamit bilang thermal insulator at bakit ?

Selulusa Sapagkat hinaharangan nito ang hangin ng mas mahusay kaysa sa fiberglass at may mababang thermal conductivity.

Ano ang tatlong pinakakaraniwang uri ng stress diin?

Mga uri ng stress ng init na karaniwang ginagamit:

  • Tangential
  • sa hugis ng bituin
  • ehe

Paano makalkula ang mga thermal stress sa baso ?

Ang thermal stress sa baso ay iba-iba sa iba't ibang mga temperatura.

Thermal stress at pagpapapangit:

Ang thermal deformation ay pag-aari ng isang sangkap upang mapalawak sa pag-init at kontrata sa paglamig, karaniwang uri ng pagpapapangit dahil sa pagbabago ng temp at ito ay nakasaad sa pamamagitan ng linear coefficient α.
α = ΔL / L × Δt
Dito,
Ang ⦁ α ay ang linear coefficient ng isang sangkap (1 / K).
Ang ⦁ ΔL ay ang pagpapalawak o halaga ng pag-ikli ng isang ispesimen (mm).
⦁ Ang L ay ang aktwal na haba.
Ang ⦁ Δt ay ang pagkakaiba sa temperatura na sinusukat sa Kelvin o degree Celsius.
Ang mas mataas na koepisyent ng pagpapalawak ng thermal, nagbibigay ng mas mataas na halaga ng pagpapapangit ng thermal.

Paglikot ng thermal stress:

Ang pagbagsak ng thermal stress ay ang pagkabali ng thermal a, pagkasira ng mekanikal ng bato dahil sa paglawak ng thermal o pag-urong na sanhi ng pagbabago ng temperatura.

Ano ang pormula para sa stress ng pagpapalawak ng thermal at pilay?

Formula ng thermal stress:

α (t2-t1). E

Formula ng thermal strain:


α (t2-t1).

Ano ang kaugnayan sa pagitan ng thermal stress at thermal strain?

Thermal stress at Thermal strain sa mga kaso ng 2D-3D:
Ang mga pagbabago sa temperatura ay hindi nagbubunga ng mga galaw ng galaw. Sa parehong mga 2-D at 3-D na kaso, ang buong pilay ay madalas na ibinibigay ng sumusunod na vector equation:
ε = εe + εo
At ang ugnayan ng stress-strain ay ibinibigay ng
σ = Eεe = E (ε - εo).

Aling mga parameter ang kailangang tukuyin para sa mga materyales na isotropic para sa istruktura at thermal analysis sa ANSYS?

  • Isotropic Thermal Conductivity
  • materyal
  • Heat coefficient

Kung ang pagkapagod ay sanhi ng pagkapagod, kung gayon sa libreng pagpapalawak ng thermal bakit wala ang stress kahit na mayroong thermal strain:


Ang stress ay ang panloob na paglaban kapag inilapat sa isang panlabas na pagkarga. Kapag ang materyal ay dumaan sa anumang pagkarga o puwersa, sinusubukan ng materyal na labanan ang puwersa na humahantong sa pagbuo ng stress.
Kung ang materyal ay sumasailalim sa libreng pagpapalawak ng thermal, hindi makakaranas ang materyal ng anumang panloob na stress na humahantong sa walang pagbuo ng stress.


Ano ang ilang mga halimbawa ng thermal expansion sa pang-araw-araw na buhay?

⦁ Mga thermometro
⦁ Mga elektrikal na pylon
⦁ Mga piraso ng bimetallic
⦁ Mga linya ng riles.

Ano ang aplikasyon ng thermal diffusivity sa totoong mundo ?

⦁ pagkakabukod.

Nabigo ba ang batas ni Hooke sakaling magkaroon ng thermal expansion ?

Nalalapat lamang ang batas ng Hook sa isang thermal expansion lamang kapag mayroong isang paghihigpit sa bagay na sumasailalim ng thermal stress. Kung walang inilapat na stress, hindi magkakaroon ng anumang pagpapalawak at ang batas ng Hook ay nagsasaad na ang stress ay direktang proporsyonal sa pilit.

Bakit ang tanso ay may isang mababang pagpapalawak ng thermal ?

Kung ang coefficient ng thermal expansion ay halos pantay para sa parehong bakal at kongkreto, kung gayon bakit ang isang kongkretong istraktura ay itinuturing na isang mas mahusay na bumbero
Kung ang coefficient ng thermal expansion ay halos pantay para sa parehong bakal at kongkreto, kung gayon bakit ang isang kongkretong istraktura ay itinuturing na isang mas mahusay na bumbero:
Ang isang kongkretong istraktura ay may mababang kondaktibiti sa thermal at hindi mabilis na umiinit. Samakatuwid Kung ang koepisyent ng thermal expansion ay halos pantay para sa parehong bakal at kongkreto, kung gayon bakit ang isang kongkretong istraktura ay itinuturing na isang mas mahusay na bumbero.

Bakit ginagawa namin ang static na istraktura ng buckling modal na thermal nonlinear na pagkapagod batay sa stress at pilay sa Ansys?

Ito ay isang may hangganang pamamaraan ng elemento. Upang mahulaan ang tumpak at tumpak na lakas ng mga istraktura, isinasagawa ang nonlinear analysis. Tumatagal ito sa mga pagbabago sa mga parameter habang inilalapat ang pagkarga.

Ano ang ibig sabihin ng thermal kapasidad?


Ang kapasidad ng materyal ng materyal ay ang dami ng kinakailangang init upang mabago ang materyal na temp sa pamamagitan ng yunit ng yunit ng materyal.

Ano ang pagkakaiba sa pagitan ng mga thermal expansion coefficients ng bakal at tanso?

Mga koepisyentong pagpapalawak ng thermal na 20 ° C (x10−6 K − 1)
tanso = 17
bakal = 11-13.

Ano ang paggamit ng thermal conductivity?

Ang thermal conductivity ay ang kakayahan ng isang bagay na magsagawa ng init. Sinusukat nito ang dami ng init na lumilipat sa materyal.

Mayroon bang anumang mga materyales na may isang zero thermal coefficient ng pagpapalawak?

Mayroong ilang mga materyales na mayroong zero thermal coefficient ng pagpapalawak.
Mesopores.

Batas ni Hooke | Batas ni Hooke para sa thermal stress:

σth = Eϵth
Kung ang materyal ay sumasailalim sa libreng pagpapalawak ng thermal, ang tela ay hindi makakaranas ng anumang panloob na stress na humahantong sa walang pagbuo ng stress.

Ano ang thermal shrinkage sa kongkreto:

Kapag ang mainit na kongkreto ay lumamig sa temperatura ng paligid, ang dami ng kongkreto ay binabawasan; ang prosesong ito ay tinatawag na thermal contraction o thermal shrinkage sa kongkreto.

Ano ang pinakamahusay na simulation at analysis software para sa mechanical engineering higit sa lahat hindi kinakailangan ang pagsusuri sa istruktura at pabagu-bagong pagsusuri ng thermal?

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

Thermal stress-strain: Bakit ang bar ay hindi yumuko kapag nainit mula sa ilalim na may isang dulo lamang na naayos:

Mga thermal stress sa mga cantilever beam:

Case1: Nakapirming libreng bar:
Kung ang isang tungkod ay pinainit sa pamamagitan ng pagtaas ng temp, ang tungkod ay may posibilidad na palawakin sa pamamagitan ng halagang εo = αLΔT, kung ang tungkod ay libre sa iba pang mga dulo, sumasailalim sa thermal expansion ε = αΔT,
ε = εo, εe = 0,
σ = E (ε- εo) = E (αΔT- αΔT) = 0
Iyon ay, walang thermal stress sa kasong ito.

Kaso2: Fixed-fix bar
Kung may isang hadlang sa kanang bahagi, iyon ay, ang bar ay hindi maaaring mapalawak sa tamang, mayroon kaming:
ε = 0,
εe = −εo
σ = E (ε-εo) = E (0- αΔT) = = −αΔT,
σ = −EαΔT
Kaya, umiiral ang thermal stress.

Thermal stress | Mahalaga na Kadahilanan na may 10 + FAQs

Ang mga galaw ng paggalaw ay hindi nagbabago lamang ng mga normal na pagbabago ng mga strain.

Kung nagbabago ang temperatura, ang laki ng katawan ay nagbabago, kahit na hindi nito mababago ang hugis ng katawan. Kaya, isinasaalang-alang ang katotohanang ito, ang paggugupit ng galaw ng katawan ay hindi nagbabago.

Para sa higit pang mga artikulo, pindutin dito.

Tungkol kay Sulochana Dorve

Thermal stress | Mahalaga na Kadahilanan na may 10 + FAQsAko si Sulochana. Isa akong Engineer ng Disenyo ng Mekanikal—M.tech sa disenyo ng Engineering, B.tech sa Mechanical Engineering. Nagtrabaho ako bilang isang intern sa Hindustan Aeronautics na limitado sa disenyo ng departamento ng armament. Mayroon akong karanasan sa pagtatrabaho sa R&D at disenyo. Ako ay may kasanayan sa CAD / CAM / CAE: CATIA | CREO | ANSYS Apdl | ANSYS Workbench | HYPER MESH | Nastran Patran pati na rin sa Mga wika ng Programming na Python, MATLAB at SQL.
Mayroon akong kadalubhasaan sa Finite Element Analysis, Disenyo para sa Paggawa at pagpupulong (DFMEA), Pag-optimize, Advanced na Pag-vibrate, Mga Mekanika ng Mga Materyal na Composite, Disenyo na Tinutulungan ng Computer.
Masigasig ako sa trabaho at isang masigasig na nag-aaral. Ang aking hangarin sa buhay ay upang makakuha ng isang buhay ng layunin, at naniniwala ako sa pagsusumikap. Narito ako upang magtaguyod sa larangan ng Engineering sa pamamagitan ng pagtatrabaho sa isang mapaghamong, kasiya-siya at propesyonal na maliwanag na kapaligiran kung saan maaari kong ganap na magamit ang aking mga kasanayan sa panteknikal at lohikal, patuloy na na-upgrade ang aking sarili at benchmark laban sa pinakamahusay.
Inaasahan na ikonekta ka sa pamamagitan ng LinkedIn -
https://www.linkedin.com/in/sulochana-dorve-a80a0bab/

Mag-iwan ng komento

Ang iyong email address ay hindi ilalathala. Ang mga kailangang field ay may markang *

en English
X