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热膨胀和热应力之间的那点事儿!

点击次数:1235  发布时间:2021-06-28
   热膨胀系数指的就是线膨胀系数,在金属材料中,是这样的,在高分子材料中,应该也是这样的。
  热膨胀与热应力之间的关系?
  热膨胀产生热应力:
  随着结构体积的增加,固体单元会承受更高水平的应力。热应力会对固体结构的强度和稳定性产生很大的影响,并可能使某些组件出现裂纹或断裂。这些故障会破坏结构的整体设计,从而导致潜在的强度减弱和变形。
  焊接残余应力便是众多例子中的一个。在焊接过程中,将金属部件的表面熔化并将它们放在一起,这样就能在部件之间形成黏接,当材料再次固化后,它们便会焊接在一起。焊接后的装配结构在冷却过程中,由于热膨胀系数不同,某些焊接区域比其他区域的收缩更大,这就导致焊接区域内产生了残余应力。
  支架在外加温度(红色)作用下产生应力,在应力最大的区域,支架发生变形。
  在设计中考虑热膨胀:
  在设计过程中,我们必须考虑热膨胀以及由此产生的应力,才能实现材料性能。为此,我们需要研究传热与结构力学之间的关系,并将结构的材料和位移场作为研究重点。
  以伸缩缝为例。它们经常被应用在建筑物、桥梁和铁路的设计中,用来帮助释放因温度升高而引起的内部应力。这些采用结构件实现分离的设计对位移进行了补偿,在减少结构组件受到的热应力以及结构裂缝控制方面起着至关重要的作用。
  然而,某些设计方案却需要利用热膨胀及其产生的应力。在一种称为热配合的过程中,通过将一个外部组件加热到膨胀点,从而使其与对应的内部组件实现装配。这种加热技术形成的连接,可以将两个单独的零件固定在一起。当两个组件达到相同的温度时,连接强度会变得更高。
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