أداة هندسية مجانية
حاسبة التمدد الحراري
احسب التمدد الحراري الخطي والحجمي لأكثر من 20 مادة. تمدد الأنابيب بين نقاط التثبيت، وتحديد حجم حلقة التمدد، والإجهاد الحراري عند التقييد (σ = E·α·ΔT).
نتائج التوسع
التوسع الخطي
حيث α هو معامل التمدد الحراري (CTE) بوحدة 1/°C، و L₀ هو الطول الأصلي، و ΔT هو التغير في درجة الحرارة.
التمدد الحجمي
بالنسبة للمواد المتجانسة، يكون معامل التمدد الحراري الحجمي حوالي 3 أضعاف معامل التمدد الحراري الخطي.
الإجهاد الحراري (العنصر المقيد)
عندما يُمنع التمدد تمامًا (مثلًا، أنبوب بين مرساة صلبة)، قد يكون الإجهاد الناتج مرتفعًا جدًا. يكون هذا الإجهاد ضاغطًا عند التسخين وشدًا عند التبريد.
تحديد حجم حلقة التوسعة (قاعدة عامة)
حيث D هو القطر الخارجي للأنبوب (mm) وΔ هو التمدد (mm)؛ وتكون النتيجة L بالـ mm. يأتي العامل 66 من صيغة الكابولي الموجَّه L = √(3 · E · D · Δ / Sₐ) بعد تقييمها للفولاذ الكربوني (E = 200 GPa، Sₐ = 138 MPa). بالنسبة إلى المواد الأخرى أو الإجهادات المسموح بها الأخرى، استخدم الصيغة الكاملة (تتدرج L مع √(E/Sₐ)). هذا تقدير فرز أولي، وليس تحليل مرونة كاملًا وفق الكود.
مثال عملي
المعطيات: L₀ = 6000 مم، α = 12 × 10⁻⁶ /°C، ΔT = 80°C، E = 200 جيجا باسكال
ΔL = 12×10⁻⁶ × 6000 × 80 = 5.76 مم
الإجهاد الحراري في حالة التقييد: σ = 200,000 × 12e-6 × 80 = 192 ميجا باسكال
حلقة التمدد (DN100/OD 114 مم): L ≈ 66 × √(114 × 5.76) ≈ 1,690 mm ≈ 1.7 m
قاعدة بيانات المواد CTE
| مادة | α (×10⁻⁶ /درجة مئوية) | E (جيبا) | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| الفولاذ الكربوني | 12.0 | 200 | SA-516، P265GH |
| الفولاذ منخفض السبائك | 12.5 | 200 | 16Mo3، SA-387 |
| فولاذ الكروم والموليبدينوم (2.25 كروم) | 12.0 | 205 | SA-335 P22 |
| الفولاذ المقاوم للصدأ 304 | 17.3 | 193 | 1.4301، 18Cr-8Ni |
| الفولاذ المقاوم للصدأ 316 | 16.0 | 193 | 1.4401، 16Cr-10Ni-2Mo |
| ستانلس ستيل 321 | 17.0 | 193 | 1.4541، مثبت بالتيتانيوم |
| دوبلكس 2205 | 13.0 | 200 | 1.4462 |
| ألومنيوم 6061 | 23.6 | 69 | درجة حرارة T6 |
| نحاس | 17.0 | 117 | نقي، مُلدّن |
| النحاس الأصفر (CuZn30) | 20.0 | 110 | خرطوشة نحاسية |
| البرونز (CuSn8) | 18.0 | 110 | برونز الفوسفور |
| تيتانيوم من الدرجة الثانية | 8.6 | 103 | نقي تجارياً |
| نيكل 200 | 13.3 | 207 | نيكل نقي |
| إنكونيل 625 | 12.8 | 207 | نيك-كروم-موليبدينوم |
| إنكونيل 718 | 13.0 | 211 | نيكل-كروم-حديد |
| حديد الزهر الرمادي | 10.5 | 110 | GG25 |
| حديد الزهر المطاوع | 11.0 | 170 | GGG40 |
| أسمنت | 12.0 | 30 | يختلف باختلاف المزيج |
| زجاج (صودا-جير) | 9.0 | 72 | زجاج النوافذ |
| PTFE (التفلون) | 120.0 | 0.5 | معدل اعتلال الدماغ الرضحي المزمن مرتفع للغاية |
| البولي إيثيلين عالي الكثافة | 150.0 | 1.0 | البولي إيثيلين |
| مادة PVC | 80.0 | 3.0 | مادة PVC صلبة |
| إنفار 36 | 1.2 | 145 | سبيكة ذات معامل تمدد حراري منخفض للغاية |
💡 ملاحظة: تمثل قيم معامل التمدد الحراري المتوسطات لدرجات حرارة تتراوح بين 20 و100 درجة مئوية. أما بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب درجات حرارة عالية أو منخفضة للغاية، فيُرجى استخدام بيانات محددة من معايير المواد.
CTE (α) measures how much a material changes size per degree of temperature change. Units: µm/(m·°C) or equivalently 10⁻⁶/°C.
Example: Steel α ≈ 12 means a 1-meter bar grows 12 µm (0.012 mm) for each 1°C rise. Over 100°C, that's 1.2 mm — significant for precision machinery and piping.
When a member is fully restrained (can't expand freely), the thermal stress is:
σ = E × α × ΔT
For carbon steel at ΔT = 100°C: σ = 200,000 MPa × 12×10⁻⁶ × 100 = 240 MPa. This is close to the yield strength! Always check that constrained thermal stresses don't exceed allowable values.
Linear: Change in one dimension. ΔL = α × L₀ × ΔT
Volumetric: Change in volume. ΔV ≈ 3α × V₀ × ΔT (for isotropic materials).
Volumetric expansion matters for enclosed fluids (tanks, pipes), sealed containers, and precision assemblies.
Guided-cantilever formula: L = √(3 × E × D × Δ / Sₐ) with E in MPa, D and Δ in mm, Sₐ in MPa (L in mm). Rule of thumb for carbon steel (E ≈ 200 GPa, Sₐ ≈ 138 MPa): L ≈ 66 × √(D × Δ) where D = pipe OD (mm) and Δ = expansion (mm).
For DN100 pipe (OD 114 mm) with 6 mm expansion: L ≈ 66 × √(114 × 6) ≈ 1,700 mm ≈ 1.7 m.
Alternatives to loops: bellows expansion joints, sliding supports, changes of direction in routing.
Yes. CTE generally increases with temperature. The values in our database are mean values for the 20–100°C range.
- Cryogenic: CTE is lower (sometimes much lower)
- High-temp (>500°C): CTE increases 10–30% above room-temp values
- Near phase changes: CTE can change dramatically
For critical applications, use specific material data from standards (ASME II-D, EN 13480) for your exact temperature range.
الإجراءات الموصوفة في هذه الصفحة طوّرها واختبرها ميدانيًا فريق Vibromera باستخدام Balanset-1A، وهو موازن محمول ثنائي القناة ومحلل اهتزاز لموازنة الدوارات في الموقع.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko مهندس تحليل اهتزازات ومؤسس شركة Vibromera ورئيسها التنفيذي. منذ أكثر من 15 عامًا يوازن المعدات الدوارة في الموقع لا على منصة اختبار: آلات التقطيع، والمراوح الصناعية، والكسارات، وأجهزة الطرد المركزي، والأعمدة، ومغازل التشغيل. من هذا العمل وُلدت أجهزة Balanset — فقد صُممت كأداة يستطيع الأخصائي حملها إلى الآلة واستخدامها بمفرده في الموقع، لا كمعدات مختبرية. تأسست Vibromera عام 2017، ومقرها منذ عام 2023 في بورتو بالبرتغال. هنا يجري تطوير سلسلة Balanset وتجميعها ودعمها. الجهاز الرئيسي هو Balanset-1A، وهو محلل محمول للموازنة في مستوى واحد ومستويين ولتشخيص الاهتزازات. يشارك Nikolai شخصيًا في دعم العملاء، وفي معالجة حالات الموازنة الصعبة، وفي تطوير البرنامج. وهو يعمل مع عملاء في جميع أنحاء العالم، وبأي لغة.