Qu'est-ce que la contrainte thermique ?

Des contraintes thermiques apparaissent lorsqu'un matériau est chauffé ou refroidi sans pouvoir se dilater ni se contracter librement. Pour un élément entièrement contraint : σ = E × α × ΔT, où E est le module d'élasticité, α le coefficient de dilatation thermique (CTE) et ΔT la variation de température.

Qu'est-ce que le coefficient de dilatation thermique (CTE) ?

Le coefficient de dilatation thermique (α) mesure la dilatation d'un matériau par degré de variation de température. Acier : ~12×10⁻⁶/°C, Aluminium : ~23×10⁻⁶/°C, Cuivre : ~17×10⁻⁶/°C, Acier inoxydable : ~17×10⁻⁶/°C.

Quand les contraintes thermiques se produisent-elles ?

Les contraintes thermiques surviennent lorsque la dilatation est empêchée : tuyaux fixés aux deux extrémités, rails soudés en continu, matériaux dissemblables collés ensemble, sections épaisses avec des gradients de température, ou toute structure dont le mouvement libre est empêché.

Comment réduire les contraintes thermiques ?

Utilisez des joints de dilatation ou des boucles dans la tuyauterie, prévoyez des supports coulissants, choisissez des matériaux à faible coefficient de dilatation thermique (CTE), réduisez la différence de température (ΔT) par isolation ou utilisez des raccords flexibles. Dans les systèmes bimétalliques, veillez à ce que les valeurs de CTE soient aussi proches que possible les unes des autres.

La contrainte thermique est-elle toujours en compression lors du chauffage ?

Oui, pour un élément entièrement contraint et chauffé uniformément. Le matériau tend à se dilater mais ne le peut pas, ce qui engendre des contraintes de compression internes. Le refroidissement provoque des contraintes de traction. Le signe de ces contraintes dépend du fait que la dilatation ou la contraction soit empêchée.

Outil d'ingénierie gratuit

Calculateur de contrainte thermique

Calculer la contrainte thermique σ = E × α × ΔT pour un élément entièrement contraint soumis à un changement de température.

σ = E · α · ΔTÉlément contraint#169

Préréglage de matériau

Module d'élasticité E (GPa)

CTE α (×10⁻⁶ /°C)

Variation de température ΔT (°C)

Préréglages rapides

Résultats

Contrainte thermique σ

—

Déformation thermique ε

—

Type de contrainte

—

Contraintes thermiques dans les éléments contraints

Valeurs courantes du CTE

Matériau	E (GPa)	α (×10⁻⁶/°C)
Acier au carbone	200	12
Acier inoxydable 304	193	17.3
Aluminium 6061	69	23.6
Cuivre	117	16.6
Titane	114	8.6
Laiton	100	19

Une contrainte thermique apparaît lorsqu'un matériau est chauffé ou refroidi mais ne peut pas se dilater ou se contracter librement. Pour un bridage total : σ = E × α × ΔT.

Le coefficient de dilatation thermique (α) est la variation relative de longueur par degré. Acier : ~12×10⁻⁶/°C, Aluminium : ~23,6×10⁻⁶/°C, Cuivre : ~16,6×10⁻⁶/°C.

Tuyauteries encastrées aux deux extrémités, rails soudés, matériaux dissemblables assemblés, sections épaisses soumises à des gradients thermiques ou toute structure bridée.

Compensateurs de dilatation, supports glissants, matériaux à plus faible α, isolation thermique pour réduire ΔT, liaisons flexibles ou appariement des coefficients α dans les assemblages bimétalliques.

Oui, pour un élément totalement bridé. Échauffement → le matériau tend à se dilater → le bridage l'en empêche → contrainte de compression. Le refroidissement engendre une contrainte de traction.

Les procédures décrites sur cette page ont été développées et testées sur le terrain par l'équipe Vibromera à l'aide du Balanset-1A, un équilibreur portable à deux canaux et analyseur de vibrations pour l'équilibrage des rotors sur site.