Ilmainen suunnittelutyökalu
Lämpölaajenemislaskuri
Laske lineaarinen ja tilavuuslämpölaajeneminen yli 20 materiaalille. Putkien laajeneminen ankkureiden välillä, laajenemislenkkien mitoitus ja lämpöjännitys rajoitetussa tilassa (σ = E·α·ΔT).
Laajentumisen tulokset
Lineaarinen laajeneminen
Jossa α on lämpölaajenemiskerroin (CTE) yksiköissä 1/°C, L₀ on alkuperäinen pituus ja ΔT on lämpötilan muutos.
Tilavuuslaajeneminen
Isotrooppisilla materiaaleilla tilavuuslaajenemiskerroin on noin 3-kertainen lineaariseen laajenemiskertoimeen verrattuna.
Lämpöjännitys (rajoitettu rakenneosa)
Kun laajeneminen estetään kokonaan (esim. putki kahden jäykän ankkurin välissä), syntyvä jännitys voi olla erittäin suuri. Tämä on puristusjännitystä lämmitettäessä ja vetojännitystä jäähdytettäessä.
Laajennussilmukan mitoitus (nyrkkisääntö)
Missä D on putken ulkohalkaisija (mm) ja Δ on lämpölaajeneminen (mm); tulos L on mm. Tekijä 66 perustuu ohjatun konsolin kaavaan L = √(3 · E · D · Δ / Sₐ), joka on arvioitu hiiliteräkselle (E = 200 GPa, Sₐ = 138 MPa). Muiden materiaalien tai sallittujen jännitysten tapauksessa käytä täyttä kaavaa (L skaalautuu kuten √(E/Sₐ)). Tämä on seulontaan tarkoitettu arvio, ei täydellinen normien mukainen joustavuusanalyysi.
Käytännön esimerkki
Annettu: L₀ = 6000 mm, α = 12 × 10⁻⁶ /°C, ΔT = 80°C, E = 200 GPa
ΔL = 12e-6 × 6000 × 80 = 5,76 mm
Lämpöjännitys rajoitetun tilan vallitessa: σ = 200 000 × 12e-6 × 80 = 192 MPa
Laajenemissilmukka (DN100/OD 114 mm): L ≈ 66 × √(114 × 5.76) ≈ 1690 mm ≈ 1,7 m
Materiaalien CTE-tietokanta
| Materiaali | α (×10⁻⁶ /°C) | E (GPa) | Huomautukset |
|---|---|---|---|
| Hiiliteräs | 12.0 | 200 | SA-516, P265GH |
| Niukkaseosteinen teräs | 12.5 | 200 | 16Mo3, SA-387 |
| Cr-Mo-teräs (2.25Cr) | 12.0 | 205 | SA-335 P22 |
| Ruostumaton 304 | 17.3 | 193 | 1.4301, 18Cr-8Ni |
| Ruostumaton 316 | 16.0 | 193 | 1.4401, 16Cr-10Ni-2Mo |
| Ruostumaton 321 | 17.0 | 193 | 1.4541, Ti-stabiloitu |
| Duplex 2205 | 13.0 | 200 | 1.4462 |
| Alumiini 6061 | 23.6 | 69 | T6-karkaistu |
| Kupari | 17.0 | 117 | Puhdas, hehkutettu |
| Messinki (CuZn30) | 20.0 | 110 | Patruunamessinki |
| Pronssi (CuSn8) | 18.0 | 110 | Fosforipronssi |
| Titaani Gr.2 | 8.6 | 103 | Kaupallisesti puhdas |
| Nikkeli 200 | 13.3 | 207 | Puhdas nikkeli |
| Inconel 625 | 12.8 | 207 | Ni-Cr-Mo |
| Inconel 718 | 13.0 | 211 | Ni-Cr-Fe |
| Harmaa valurauta | 10.5 | 110 | GG25 |
| Pallografiittivalurauta | 11.0 | 170 | GGG40 |
| Betoni | 12.0 | 30 | Vaihtelee sekoituksen mukaan |
| Lasi (soodakalkki) | 9.0 | 72 | Ikkunalasi |
| PTFE (teflon) | 120.0 | 0.5 | Erittäin korkea CTE |
| HDPE | 150.0 | 1.0 | Polyeteeni |
| PVC | 80.0 | 3.0 | Jäykkä PVC |
| Invar 36 | 1.2 | 145 | Erittäin matalan CTE:n seos |
💡 Huomautus: CTE-arvot ovat keskiarvoja lämpötilassa 20–100 °C. Korkean lämpötilan tai kryogeenisten sovellusten osalta käytä materiaalistandardien erityistietoja.
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.
Tällä sivulla kuvatut menetelmät on kehittänyt ja kenttätestannut Vibromera-tiimi Balanset-1A-laitteella, joka on kannettava kaksikanavainen tasapainotuslaite ja tärinäanalysaattori roottoreiden tasapainotukseen paikan päällä.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko on värähtelyanalyysi-insinööri sekä Vibromeran perustaja ja toimitusjohtaja. Yli 15 vuoden ajan hän on tasapainottanut pyöriviä koneita kentällä eikä koepenkissä: silppureita, teollisuuspuhaltimia, murskaimia, linkoja, akseleita ja karoja. Juuri tästä työstä Balanset-laitteet ovat syntyneet — ne suunniteltiin työkaluksi, jonka asiantuntija voi kantaa koneen luo ja jota hän voi käyttää yksin paikan päällä, ei laboratoriolaitteiksi. Vibromera perustettiin vuonna 2017, ja vuodesta 2023 lähtien sen kotipaikka on ollut Porto Portugalissa. Balanset-sarjan kehitys, kokoonpano ja tuki tapahtuvat täällä. Lippulaivalaite on Balanset-1A, kannettava analysaattori yhden ja kahden tason tasapainotukseen sekä värähtelydiagnostiikkaan. Nikolai osallistuu henkilökohtaisesti asiakastukeen, vaikeiden tasapainotustapausten ratkaisemiseen ja ohjelmiston kehittämiseen. Hän palvelee asiakkaita ympäri maailmaa, millä tahansa kielellä.
