Nemokamas inžinerinis įrankis
Šiluminio plėtimosi skaičiuoklė
Apskaičiuokite daugiau nei 20 medžiagų linijinį ir tūrinį šiluminį plėtimąsi. Vamzdžio plėtimąsi tarp inkarų, plėtimosi kilpos matmenis ir šiluminį įtempį, kai plėtimasis suvaržytas (σ = E·α·ΔT).
Plėtros rezultatai
Linijinis išsiplėtimas
Kur α yra šiluminio plėtimosi koeficientas (CTE) 1/°C, L₀ yra pradinis ilgis, o ΔT yra temperatūros pokytis.
Tūrinis išsiplėtimas
Izotropinėms medžiagoms tūrinė CTE yra maždaug 3 kartus didesnė už tiesinę CTE.
Terminis įtempis (apribotas elementas)
Kai plėtimasis visiškai užkertamas kelią (pvz., vamzdis tarp dviejų standžių inkarų), susidaręs įtempis gali būti labai didelis. Šildant jis būna gniuždomas, o aušinant – tempiamas.
Išsiplėtimo kilpos dydžio nustatymas (nykščio taisyklė)
Kur D yra vamzdžio išorinis skersmuo (mm), o Δ yra pailgėjimas (mm); rezultatas L pateikiamas mm. Koeficientas 66 gaunamas iš kreipiamosios konsolės formulės L = √(3 · E · D · Δ / Sₐ), įvertintos angliniam plienui (E = 200 GPa, Sₐ = 138 MPa). Kitoms medžiagoms arba leidžiamiems įtempiams naudokite visą formulę (L kinta kaip √(E/Sₐ)). Tai pirminis įvertis, o ne visa norminė lankstumo analizė.
Praktinis pavyzdys
Atsižvelgiant į tai, kad: L₀ = 6000 mm, α = 12 × 10-⁶ /°C, ΔT = 80°C, E = 200 GPa
ΔL = 12e⁻⁶ × 6000 × 80 = 5,76 mm
Terminis įtempis, jei apribotas: σ = 200 000 × 12e⁻⁶ × 80 = 192 MPa
Plėtimosi kilpa (DN100/OD 114 mm): L ≈ 66 × √(114 × 5.76) ≈ 1690 mm ≈ 1,7 m
Medžiagų CTE duomenų bazė
| Medžiaga | α (×10-⁶ /°C) | E (GPa) | Pastabos |
|---|---|---|---|
| Anglinis plienas | 12.0 | 200 | SA-516, P265GH |
| Mažai legiruotas plienas | 12.5 | 200 | 16Mo3, SA-387 |
| Cr-Mo plienas (2,25Cr) | 12.0 | 205 | SA-335 P22 |
| Nerūdijantis 304 plienas | 17.3 | 193 | 1.4301, 18Cr-8Ni |
| Nerūdijantis 316 | 16.0 | 193 | 1.4401, 16Cr-10Ni-2Mo |
| Nerūdijantis 321 plienas | 17.0 | 193 | 1.4541, titanu stabilizuotas |
| Dvipusis 2205 | 13.0 | 200 | 1.4462 |
| Aliuminis 6061 | 23.6 | 69 | T6 temperamentas |
| Varis | 17.0 | 117 | Grynas, atkaitintas |
| Žalvaris (CuZn30) | 20.0 | 110 | Žalvarinis kasetinis |
| Bronza (CuSn8) | 18.0 | 110 | Fosforo bronza |
| Titanas Gr.2 | 8.6 | 103 | Komercinis grynumas |
| Nikelis 200 | 13.3 | 207 | Grynas nikelis |
| Inconel 625 | 12.8 | 207 | Ni-Cr-Mo |
| Inconel 718 | 13.0 | 211 | Ni-Cr-Fe |
| Pilkasis ketus | 10.5 | 110 | GG25 |
| Kaliojo ketaus | 11.0 | 170 | GGG40 |
| Betonas | 12.0 | 30 | Skiriasi priklausomai nuo mišinio |
| Stiklas (natrio kalkės) | 9.0 | 72 | Langų stiklas |
| PTFE (teflonas) | 120.0 | 0.5 | Labai aukštas CTE |
| HDPE | 150.0 | 1.0 | Polietilenas |
| PVC | 80.0 | 3.0 | Kietas PVC |
| Invaras 36 | 1.2 | 145 | Itin mažo CTE lydinys |
💡 Pastaba: CTE vertės yra vidutinės vertės esant 20–100 °C temperatūrai. Aukštos temperatūros arba kriogeninėms reikmėms naudokite konkrečius medžiagų standartų duomenis.
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.
Šiame puslapyje aprašytas procedūras sukūrė ir lauko sąlygomis išbandė Vibromera komanda, naudodama Balanset-1A – nešiojamą dviejų kanalų balansavimo įrenginį ir vibracijų analizatorių rotoriams balansuoti vietoje.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko yra vibracijos analizės inžinierius bei „Vibromera“ įkūrėjas ir generalinis direktorius. Daugiau nei 15 metų jis balansavo besisukančią įrangą lauko sąlygomis, o ne bandymų stende: mulčiuotuvus, pramoninius ventiliatorius, smulkintuvus, centrifugas, velenus ir špindelius. Būtent iš šio darbo išaugo „Balanset“ prietaisai — jie buvo sukurti kaip įrankis, kurį specialistas gali atsinešti prie mašinos ir naudoti savarankiškai, vietoje, o ne kaip laboratorinę įrangą. „Vibromera“ įkurta 2017 metais, nuo 2023 metų įsikūrusi Porto mieste, Portugalijoje. Čia vyksta visas „Balanset“ linijos kūrimas, surinkimas ir palaikymas. Pagrindinis prietaisas — „Balanset-1A“, nešiojamas analizatorius vienos ir dviejų plokštumų balansavimui bei vibracijos diagnostikai. Nikolai asmeniškai dalyvauja klientų aptarnavime, sudėtingų balansavimo atvejų sprendime ir programinės įrangos kūrime. Jis dirba su klientais visame pasaulyje, bet kuria kalba.
