Čo je tepelné namáhanie?

Tepelné napätie vzniká, keď sa materiál zahrieva alebo ochladzuje, ale nemôže sa voľne rozťahovať ani sťahovať. Pre plne viazaný prvok: σ = E × α × ΔT, kde E je modul pružnosti, α je koeficient tepelnej rozťažnosti (CTE) a ΔT je zmena teploty.

Aký je koeficient tepelnej rozťažnosti (CTE)?

Súčiniteľ tepelnej rozťažnosti (α) meria, o koľko sa materiál roztiahne na stupeň zmeny teploty. Oceľ: ~12×10⁻⁶/°C, Hliník: ~23×10⁻⁶/°C, Meď: ~17×10⁻⁶/°C, Nehrdzavejúca oceľ: ~17×10⁻⁶/°C.

Kedy dochádza k tepelnému namáhaniu?

Tepelné namáhanie vzniká, keď je rozťažnosť obmedzená: rúry upevnené na oboch koncoch, koľajnice zvarené nepretržite, rôzne materiály spojené dohromady, hrubé profily s teplotnými gradientmi alebo akákoľvek konštrukcia, ktorej je obmedzený voľný pohyb.

Ako sa dá znížiť tepelné namáhanie?

V potrubí používajte dilatačné škáry alebo slučky, umožnite posuvné podpery, vyberte materiály s nižším súčiniteľom tepelnej rozťažnosti (CTE), znížte ΔT pomocou izolácie alebo použite flexibilné spoje. V bimetalických systémoch čo najviac zodpovedajte hodnotám CTE.

Je tepelné napätie pri zahrievaní vždy tlakové?

Áno, pre plne obmedzený prvok rovnomerne zahrievaný. Materiál sa snaží roztiahnuť, ale nemôže, takže sa vyvíja vnútorné tlakové napätie. Chladenie spôsobuje ťahové napätie. Znamienko závisí od toho, či je obmedzené rozťahovanie alebo sťahovanie.

Bezplatný inžiniersky nástroj

Kalkulačka tepelného namáhania

Vypočítajte tepelné napätie σ = E × α × ΔT pre plne viazaný prvok vystavený zmene teploty.

σ = E · α · ΔTObmedzený člen#169

Prednastavenie materiálu

Modul pružnosti E (GPa)

CTE α (×10⁻⁶ /°C)

Zmena teploty ΔT (°C)

Rýchle predvoľby

Výsledky

Tepelné napätie σ

—

Tepelné pretvorenie ε

—

Typ napätia

—

Tepelné napätie vo viazaných prvkoch

Bežné hodnoty CTE

Materiál	E (GPa)	α (×10⁻⁶/°C)
Uhlíková oceľ	200	12
Nerezová oceľ 304	193	17.3
Hliník 6061	69	23.6
Meď	117	16.6
Titán	114	8.6
Mosadz	100	19

Thermal stress develops when a material is heated or cooled but cannot freely expand/contract. For full constraint: σ = E × α × ΔT.

CTE (α) is the fractional change in length per degree. Steel: ~12×10⁻⁶/°C, Aluminum: ~23.6×10⁻⁶/°C, Copper: ~16.6×10⁻⁶/°C.

Pipes fixed at both ends, welded rails, bonded dissimilar materials, thick sections with temperature gradients, or any restrained structure.

Expansion joints, sliding supports, lower CTE materials, insulation to reduce ΔT, flexible connections, or matching CTE in bimetallic systems.

Yes, for a fully constrained member. Heating → material wants to expand → constraint prevents it → compressive stress. Cooling causes tensile stress.

Postupy opísané na tejto stránke vyvinul a v teréne otestoval tím Vibromera pomocou zariadenia Balanset-1A, prenosného dvojkanálového vyvažovacieho prístroja a analyzátora vibrácií na vyvažovanie rotorov priamo na mieste.