Che cos'è lo stress termico?

Lo stress termico si sviluppa quando un materiale viene riscaldato o raffreddato ma non può espandersi o contrarsi liberamente. Per un elemento completamente vincolato: σ = E × α × ΔT, dove E è il modulo elastico, α è il coefficiente di dilatazione termica (CTE) e ΔT è la variazione di temperatura.

Cos'è il coefficiente di dilatazione termica (CTE)?

Il CTE (α) misura la dilatazione di un materiale per ogni grado di variazione di temperatura. Acciaio: ~12×10⁻⁶/°C, Alluminio: ~23×10⁻⁶/°C, Rame: ~17×10⁻⁶/°C, Acciaio inossidabile: ~17×10⁻⁶/°C.

Quando si verifica lo stress termico?

Lo stress termico si verifica quando l'espansione è limitata: tubi fissati a entrambe le estremità, rotaie saldate in modo continuo, materiali diversi uniti insieme, sezioni spesse con gradienti di temperatura o qualsiasi struttura a cui è impedito il libero movimento.

Come si può ridurre lo stress termico?

Utilizzare giunti di dilatazione o anse di compensazione nelle tubazioni, consentire supporti scorrevoli, scegliere materiali con CTE inferiore, ridurre il ΔT con l'isolamento o utilizzare connessioni flessibili. Nei sistemi bimetallici, far corrispondere il più possibile i valori di CTE.

Lo stress termico è sempre compressivo durante il riscaldamento?

Sì, per un elemento completamente vincolato riscaldato uniformemente. Il materiale cerca di espandersi ma non ci riesce, quindi si sviluppa una sollecitazione di compressione interna. Il raffreddamento provoca una sollecitazione di trazione. Il segno dipende dal fatto che sia vincolata l'espansione o la contrazione.

Strumento di ingegneria gratuito

Calcolatore dello stress termico

Calcolare lo stress termico σ = E × α × ΔT per un elemento completamente vincolato soggetto a variazione di temperatura.

σ = E · α · ΔTElemento vincolato#169

Preimpostazione del materiale

Modulo elastico E (GPa)

CTE α (×10⁻⁶ /°C)

Variazione di temperatura ΔT (°C)

Preimpostazioni rapide

Risultati

Stress termico σ

—

Deformazione termica ε

—

Tipo di stress

—

Stress termico negli elementi vincolati

Valori CTE comuni

Materiale	E (GPa)	α (×10⁻⁶/°C)
Acciaio al carbonio	200	12
Acciaio inossidabile 304	193	17.3
Alluminio 6061	69	23.6
Rame	117	16.6
Titanio	114	8.6
Ottone	100	19

La tensione termica si sviluppa quando un materiale viene riscaldato o raffreddato ma non può dilatarsi o contrarsi liberamente. Per un vincolo completo: σ = E × α × ΔT.

Il coefficiente di dilatazione termica (α) è la variazione frazionaria di lunghezza per grado. Acciaio: ~12×10⁻⁶/°C, Alluminio: ~23,6×10⁻⁶/°C, Rame: ~16,6×10⁻⁶/°C.

Tubazioni vincolate a entrambe le estremità, rotaie saldate, materiali dissimili accoppiati, sezioni di grosso spessore soggette a gradienti termici o qualsiasi struttura iperstatica vincolata.

Giunti di dilatazione, supporti scorrevoli, materiali con minore coefficiente di dilatazione termica, isolamento per ridurre il ΔT, connessioni flessibili o accoppiamento di coefficienti simili nei sistemi bimetallici.

Sì, per un elemento completamente vincolato. Riscaldamento → il materiale tende a dilatarsi → il vincolo lo impedisce → tensione di compressione. Il raffreddamento genera invece una tensione di trazione.

Le procedure descritte in questa pagina sono state sviluppate e collaudate sul campo dal team Vibromera utilizzando il Balanset-1A, un bilanciatore portatile a due canali e analizzatore di vibrazioni per l'equilibratura dei rotori in loco.