什么是热应力？

当材料被加热或冷却但无法自由膨胀或收缩时，就会产生热应力。对于完全约束的构件：σ = E × α × ΔT，其中 E 为弹性模量，α 为热膨胀系数 (CTE)，ΔT 为温度变化。

什么是热膨胀系数（CTE）？

CTE（α）衡量材料温度每变化一度时膨胀的量。钢：~12×10⁻⁶/°C，铝：~23×10⁻⁶/°C，铜：~17×10⁻⁶/°C，不锈钢：~17×10⁻⁶/°C。

当膨胀受到限制时，就会产生热应力：两端固定的管道、连续焊接的钢轨、粘合在一起的不同材料、具有温度梯度的厚截面，或任何无法自由移动的结构。

在管道中使用伸缩节或环路，采用滑动支架，选择热膨胀系数较低的材料，通过保温降低温差，或使用柔性连接。在双金属系统中，应尽可能使热膨胀系数值匹配。

是的，对于完全约束且均匀加热的构件，材料会试图膨胀但无法膨胀，因此会产生内部压应力。冷却则会产生拉应力。应力的正负取决于膨胀或收缩是否受到约束。

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计算完全约束构件在温度变化下的热应力 σ = E × α × ΔT。

σ = E·α·ΔT约束构件#169

材质预设

弹性模量 E (GPa)

CTE α (×10⁻⁶ /°C)

温度变化 ΔT （摄氏度）

快速预设

热应力 σ

—

热应变 ε

—

压力类型

—

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.

本页所述的操作流程由 Vibromera 团队使用 Balanset-1A（一款用于现场转子平衡的便携式双通道动平衡仪及振动分析仪）开发并经过实地测试。