Question 1

Wat is thermische spanning?

Accepted Answer

Thermische spanning ontstaat wanneer een materiaal wordt verwarmd of afgekoeld, maar niet vrij kan uitzetten of krimpen. Voor een volledig ingeklemd element geldt: σ = E × α × ΔT, waarbij E de elasticiteitsmodulus is, α de thermische uitzettingscoëfficiënt (CTE) en ΔT de temperatuurverandering.

Question 2

Wat is de thermische uitzettingscoëfficiënt (CTE)?

Accepted Answer

De thermische uitzettingscoëfficiënt (CTE, α) meet hoeveel een materiaal uitzet per graad temperatuurverandering. Staal: ~12×10⁻⁶/°C, Aluminium: ~23×10⁻⁶/°C, Koper: ~17×10⁻⁶/°C, Roestvast staal: ~17×10⁻⁶/°C.

Question 3

Wanneer treedt thermische spanning op?

Accepted Answer

Thermische spanning treedt op wanneer uitzetting wordt beperkt: leidingen die aan beide uiteinden vastzitten, rails die continu aan elkaar gelast zijn, verschillende materialen die aan elkaar zijn verbonden, dikke secties met temperatuurgradiënten, of elke constructie die niet vrij kan bewegen.

Question 4

Hoe kan thermische spanning worden verminderd?

Accepted Answer

Gebruik uitzettingsvoegen of lussen in leidingen, maak gebruik van verschuifbare steunen, kies materialen met een lagere thermische uitzettingscoëfficiënt (CTE), verlaag de temperatuurverandering (ΔT) met isolatie of gebruik flexibele verbindingen. Stem in bimetaalsystemen de CTE-waarden zo goed mogelijk op elkaar af.

Question 5

Is thermische spanning bij verhitting altijd drukkend?

Accepted Answer

Ja, voor een volledig ingeklemd element dat gelijkmatig wordt verwarmd. Het materiaal probeert uit te zetten, maar kan dat niet, waardoor interne drukspanning ontstaat. Afkoeling veroorzaakt trekspanning. Het teken hangt af van of de uitzetting of de krimp wordt beperkt.

Materiaal	E (GPa)	α (×10-⁶/°C)
Koolstofstaal	200	12
Roestvrij staal 304	193	17.3
Aluminium 6061	69	23.6
Koper	117	16.6
Titanium	114	8.6
Messing	100	19

Thermische spanningscalculator

Resultaten

Thermische spanning in ingeklemde elementen

Veelvoorkomende CTE-waarden