Інструмент вільного інжинірингу
Калькулятор теплового розширення
Розрахуйте лінійне та об'ємне теплове розширення для понад 20 матеріалів. Розширення труби між анкерами, розмір петлі розширення та теплове напруження при обмеженні (σ = E·α·ΔT).
Результати розширення
Лінійне розширення
Де α – коефіцієнт теплового розширення (КТР) у 1/°C, L₀ – початкова довжина, а ΔT – зміна температури.
Об'ємне розширення
Для ізотропних матеріалів об'ємний КТР приблизно в 3 рази перевищує лінійний КТР.
Термічне напруження (закріплений елемент)
Коли розширення повністю запобігається (наприклад, труба між двома жорсткими анкерами), результуюче напруження може бути дуже високим. Це стискне напруження при нагріванні та розтягненне напруження при охолодженні.
Розмір петлі розширення (емпіричне правило)
Де D — зовнішній діаметр труби (мм), а Δ — теплове розширення (мм); результат L — у мм. Множник 66 походить із формули для консолі з напрямною L = √(3 · E · D · Δ / Sₐ), розрахованої для вуглецевої сталі (E = 200 ГПа, Sₐ = 138 МПа). Для інших матеріалів або допустимих напружень використовуйте повну формулу (L масштабується як √(E/Sₐ)). Це оцінка для попереднього відбору, а не повний аналіз гнучкості згідно з нормами.
Практичний приклад
Дано: L₀ = 6000 мм, α = 12 × 10⁻⁶ /°C, ΔT = 80°C, E = 200 ГПа
ΔL = 12e-6 × 6000 × 80 = 5,76 мм
Термічне напруження за умови обмежень: σ = 200 000 × 12e-6 × 80 = 192 МПа
Петля розширення (DN100/OD 114 мм): L ≈ 66 × √(114 × 5.76) ≈ 1,690 mm ≈ 1.7 m
База даних КТР матеріалів
| Матеріал | α (×10⁻⁶ /°C) | E (ГПа) | Примітки |
|---|---|---|---|
| Вуглецева сталь | 12.0 | 200 | SA-516, P265GH |
| Низьколегована сталь | 12.5 | 200 | 16Mo3, SA-387 |
| Cr-Mo сталь (2.25Cr) | 12.0 | 205 | SA-335 P22 |
| Нержавіюча сталь 304 | 17.3 | 193 | 1.4301, 18Cr-8Ni |
| Нержавіюча сталь 316 | 16.0 | 193 | 1.4401, 16Cr-10Ni-2Mo |
| Нержавіюча сталь 321 | 17.0 | 193 | 1.4541, стабілізований титаном |
| Дуплекс 2205 | 13.0 | 200 | 1.4462 |
| Алюміній 6061 | 23.6 | 69 | Стан T6 |
| Мідь | 17.0 | 117 | Чистий, відпалений |
| Латунь (CuZn30) | 20.0 | 110 | Патронна латунь |
| Бронза (CuSn8) | 18.0 | 110 | Фосфорна бронза |
| Титан Gr.2 | 8.6 | 103 | Комерційно чистий |
| Нікель 200 | 13.3 | 207 | Чистий нікель |
| Інконель 625 | 12.8 | 207 | Ni-Cr-Mo |
| Інконель 718 | 13.0 | 211 | Ni-Cr-Fe |
| Сірий чавун | 10.5 | 110 | GG25 |
| Ковкий чавун | 11.0 | 170 | GGG40 |
| Бетон | 12.0 | 30 | Змінюється залежно від суміші |
| Скло (натронове вапно) | 9.0 | 72 | Віконне скло |
| PTFE (тефлон) | 120.0 | 0.5 | Дуже високий КТР |
| ПНД | 150.0 | 1.0 | Поліетилен |
| ПВХ | 80.0 | 3.0 | Жорсткий ПВХ |
| Інвар 36 | 1.2 | 145 | Сплав з наднизьким КТР |
💡 Примітка: Значення КТР – це середні значення для 20–100°C. Для високотемпературних або кріогенних застосувань використовуйте конкретні дані зі стандартів на матеріали.
