熱膨脹和熱應(yīng)力之間的那點(diǎn)事兒！
點(diǎn)擊次數(shù)：3149 更新時(shí)間：2021-06-28
熱膨脹系數(shù)指的就是線膨脹系數(shù)，在金屬材料中，是這樣的，在高分子材料中，應(yīng)該也是這樣的。
熱膨脹與熱應(yīng)力之間的關(guān)系？
熱膨脹產(chǎn)生熱應(yīng)力：
隨著結(jié)構(gòu)體積的增加，固體單元會(huì)承受更高水平的應(yīng)力。熱應(yīng)力會(huì)對(duì)固體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性產(chǎn)生很大的影響，并可能使某些組件出現(xiàn)裂紋或斷裂。這些故障會(huì)破壞結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)，從而導(dǎo)致潛在的強(qiáng)度減弱和變形。
焊接殘余應(yīng)力便是眾多例子中的一個(gè)。在焊接過程中，將金屬部件的表面熔化并將它們放在一起，這樣就能在部件之間形成黏接，當(dāng)材料再次固化后，它們便會(huì)焊接在一起。焊接后的裝配結(jié)構(gòu)在冷卻過程中，由于熱膨脹系數(shù)不同，某些焊接區(qū)域比其他區(qū)域的收縮更大，這就導(dǎo)致焊接區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生了殘余應(yīng)力。
支架在外加溫度（紅色）作用下產(chǎn)生應(yīng)力，在應(yīng)力最大的區(qū)域，支架發(fā)生變形。
在設(shè)計(jì)中考慮熱膨脹：
在設(shè)計(jì)過程中，我們必須考慮熱膨脹以及由此產(chǎn)生的應(yīng)力，才能實(shí)現(xiàn)材料性能。為此，我們需要研究傳熱與結(jié)構(gòu)力學(xué)之間的關(guān)系，并將結(jié)構(gòu)的材料和位移場(chǎng)作為研究重點(diǎn)。
以伸縮縫為例。它們經(jīng)常被應(yīng)用在建筑物、橋梁和鐵路的設(shè)計(jì)中，用來幫助釋放因溫度升高而引起的內(nèi)部應(yīng)力。這些采用結(jié)構(gòu)件實(shí)現(xiàn)分離的設(shè)計(jì)對(duì)位移進(jìn)行了補(bǔ)償，在減少結(jié)構(gòu)組件受到的熱應(yīng)力以及結(jié)構(gòu)裂縫控制方面起著至關(guān)重要的作用。
然而，某些設(shè)計(jì)方案卻需要利用熱膨脹及其產(chǎn)生的應(yīng)力。在一種稱為熱配合的過程中，通過將一個(gè)外部組件加熱到膨脹點(diǎn)，從而使其與對(duì)應(yīng)的內(nèi)部組件實(shí)現(xiàn)裝配。這種加熱技術(shù)形成的連接，可以將兩個(gè)單獨(dú)的零件固定在一起。當(dāng)兩個(gè)組件達(dá)到相同的溫度時(shí)，連接強(qiáng)度會(huì)變得更高。