Ποιος είναι ο συντελεστής θερμικής διαστολής (CTE);

Ο συντελεστής θερμικής διακύμανσης (α) είναι η κλασματική μεταβολή του μήκους ανά βαθμό μεταβολής της θερμοκρασίας. Μονάδες: µm/(m·°C) ή 10⁻⁶/°C. Παράδειγμα: χάλυβας α ≈ 12 µm/(m·°C) σημαίνει ότι μια ράβδος 1 m αναπτύσσεται κατά 12 µm ανά άνοδο 1°C.

Πώς μπορώ να υπολογίσω τη θερμική τάση σε ένα περιορισμένο μέλος;

Όταν η διαστολή περιορίζεται πλήρως: σ = E × α × ΔT. Για χάλυβα στους ΔT = 100°C: σ = 200.000 × 12e-6 × 100 = 240 MPa — σχεδόν τάση διαρροής!

Τι είναι η ογκομετρική διαστολή;

Για ισότροπα υλικά, ογκομετρικός Συντελεστής Θερμοκρασίας (CTE) ≈ 3 × γραμμικός Συντελεστής Θερμοκρασίας (CTE). Αλλαγή όγκου: ΔV = V₀ × 3α × ΔT. Σημαντικό για δεξαμενές, σωλήνες και κλειστά συστήματα ρευστών.

Πώς μπορώ να διαστασιολογήσω έναν βρόχο διαστολής για σωληνώσεις;

Τύπος καθοδηγούμενου προβόλου: μήκος σκέλους βρόχου L = √(3 × E × D × Δ / Sₐ), όπου E = μέτρο ελαστικότητας (MPa), D = εξωτερική διάμετρος σωλήνα (mm), Δ = διαστολή (mm), Sₐ = επιτρεπόμενο εύρος τάσης (MPa)· L σε mm. Εμπειρικός κανόνας για ανθρακούχο χάλυβα (E ≈ 200 GPa, Sₐ ≈ 138 MPa): L ≈ 66 × √(D × Δ) σε mm.

Μεταβάλλεται ο συντελεστής τριβής (CTE) ανάλογα με τη θερμοκρασία;

Ναι. Ο συντελεστής θερμικής τριβής (CTE) γενικά αυξάνεται ελαφρώς με τη θερμοκρασία. Οι τιμές που δίνονται είναι μέσες τιμές σε ένα εύρος (συνήθως 20–100°C). Για κρυογονική εργασία ή εργασία υψηλής θερμοκρασίας, χρησιμοποιήστε συγκεκριμένα δεδομένα για το πραγματικό εύρος θερμοκρασίας.

Δωρεάν εργαλείο μηχανικής

Υπολογιστής θερμικής διαστολής

Υπολογισμός γραμμικής και ογκομετρικής θερμικής διαστολής για 20+ υλικά. Διαστολή σωλήνων μεταξύ αγκυρίων, διαστασιολόγηση βρόχου διαστολής και θερμική τάση υπό περιορισμούς (σ = E·α·ΔT).

Γραμμική & Ογκομετρική20+ ΥλικάΘερμική καταπόνησηΔιαστολή σωλήνα

Υλικό

Συντελεστής Θερμοκρασίας α (×10⁻⁶ /°C)

Αρχικό μήκος (mm)

Αλλαγή θερμοκρασίας ΔT (°C)

Αρχικός όγκος (cm³ — προαιρετικά, για ογκομετρική τιμή)

Μέτρο ελαστικότητας E (GPa — για υπολογισμό τάσης)

Γρήγορες προεπιλογές

Αποτελέσματα διαστολής

Γραμμική διαστολή ΔL

—

Διαστολή σε mm

—

Διαστολή σε µm

—

Διαστολή σε mils

—

Νέο Μήκος

—

Παραμόρφωση ε

—

Θερμική καταπόνηση (εάν υπάρχει περιορισμός)

—

Θερμική Δύναμη (ανά cm² επιφάνειας)

—

Ογκομετρική διαστολή ΔV

—

Βρόχος διαστολής (χαλύβδινος σωλήνας, εμπειρικός κανόνας)

—

Γραμμική διαστολή

Όπου α είναι ο συντελεστής θερμικής διαστολής (CTE) σε 1/°C, L₀ είναι το αρχικό μήκος και ΔT είναι η μεταβολή της θερμοκρασίας.

Ογκομετρική διαστολή

Για ισότροπα υλικά, ο ογκομετρικός CTE είναι περίπου 3 φορές ο γραμμικός CTE.

Θερμική τάση (περιορισμένο μέλος)

Όταν η διαστολή παρεμποδίζεται πλήρως (π.χ. σωλήνας μεταξύ δύο άκαμπτων αγκυρώσεων), η προκύπτουσα τάση μπορεί να είναι πολύ υψηλή. Είναι θλιπτική κατά τη θέρμανση και εφελκυστική κατά την ψύξη.

Διαστασιολόγηση βρόχου διαστολής (εμπειρικός κανόνας)

Όπου D είναι η εξωτερική διάμετρος του σωλήνα (mm) και Δ είναι η διαστολή (mm)· το αποτέλεσμα L είναι σε mm. Ο συντελεστής 66 προκύπτει από τον τύπο καθοδηγούμενου προβόλου L = √(3 · E · D · Δ / Sₐ), υπολογισμένο για ανθρακούχο χάλυβα (E = 200 GPa, Sₐ = 138 MPa). Για άλλα υλικά ή επιτρεπόμενες τάσεις χρησιμοποιήστε τον πλήρη τύπο (το L κλιμακώνεται ως √(E/Sₐ)). Αυτή είναι μια αρχική εκτίμηση ελέγχου, όχι πλήρης ανάλυση ευκαμψίας κατά κώδικα.

Πρακτικό παράδειγμα

Παράδειγμα — Σωλήνας από ανθρακούχο χάλυβα 6 μέτρων, ΔT = 80°C

Δεδομένο: L₀ = 6000 mm, α = 12 × 10⁻⁶ /°C, ΔT = 80°C, E = 200 GPa

ΔL = 12e-6 × 6000 × 80 = 5,76 χιλιοστά

Θερμική τάση εάν υπάρχει περιορισμός: σ = 200.000 × 12e-6 × 80 = 192 MPa

Βρόχος διαστολής (DN100/OD 114 mm): L ≈ 66 × √(114 × 5.76) ≈ 1,690 mm ≈ 1.7 m

Βάση δεδομένων CTE υλικών

Υλικό	α (×10⁻⁶ /°C)	Ε (GPa)	Σημειώσεις
Χάλυβας άνθρακα	12.0	200	SA-516, P265GH
Χάλυβας χαμηλού κράματος	12.5	200	16Mo3, SA-387
Χάλυβας Cr-Mo (2,25Cr)	12.0	205	SA-335 P22
Ανοξείδωτο 304	17.3	193	1.4301, 18Cr-8Ni
Ανοξείδωτο 316	16.0	193	1.4401, 16Cr-10Ni-2Mo
Ανοξείδωτο 321	17.0	193	1,4541, σταθεροποιημένο με Ti
Διπλή Μονάδα 2205	13.0	200	1.4462
Αλουμίνιο 6061	23.6	69	Κατάσταση T6
Χαλκός	17.0	117	Καθαρός, ανόπτημένος
Ορείχαλκος (CuZn30)	20.0	110	Ορείχαλκος φυσιγγίου
Μπρούντζος (CuSn8)	18.0	110	Φωσφορικός μπρούντζος
Τιτάνιο Gr.2	8.6	103	Εμπορικά καθαρό
Νικέλιο 200	13.3	207	Καθαρό νικέλιο
Ινκονέλ 625	12.8	207	Ni-Cr-Mo
Ινκονέλ 718	13.0	211	Ni-Cr-Fe
Φαιός χυτοσίδηρος	10.5	110	GG25
Όλκιμος χυτοσίδηρος	11.0	170	GGG40
Σκυρόδεμα	12.0	30	Ποικίλλει ανάλογα με το μείγμα
Γυαλί (σόδα-λάιμ)	9.0	72	Γυαλί παραθύρου
PTFE (Τεφλόν)	120.0	0.5	Πολύ υψηλό CTE
HDPE	150.0	1.0	Πολυαιθυλένιο
PVC	80.0	3.0	Άκαμπτο PVC
Ινβάρ 36	1.2	145	Κράμα εξαιρετικά χαμηλού CTE

💡 Σημείωση: Οι τιμές CTE είναι μέσες τιμές για 20–100°C. Για εφαρμογές υψηλής θερμοκρασίας ή κρυογονικές εφαρμογές, χρησιμοποιήστε συγκεκριμένα δεδομένα από πρότυπα υλικών.