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受限热膨胀-力和应力

管、梁或类似物热膨胀时的应力和力受到限制。

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线性膨胀由于温度的变化可以表示为

Dl = α lodt (1)

在哪里

Dl =伸长(m, in)

α=温度膨胀系数(米/可我n /在oF

lo=初始长度(m, in)

Dt =温差(oC,oF)

应变—或变形—用于无限制的扩张可以表示为

ε = dl / lo(2)

在哪里

ε=应变-变形

弹性模量(杨氏模量)可表示为

E =σ/ε(3)

在哪里

E =杨氏模量(Pa (N / m2), psi)

σ=压力(Pa (N / m2), psi)

热应力

限制扩张“转换”成重音——那么(1)(2)而且(3)可以组合为

σdt= e ε

= EDl / lo

= Eαlodt/lo

= E α dt (4)

在哪里

σdt温度变化引起的应力(Pa (N/m2), psi)

轴向力

受限制杆受温度变化的轴向力可表示为

F = σdt一个

E α dt(5)

在哪里

F =轴力(N)

A =杆的截面积(m2,在2

示例-受热钢管-受限膨胀的热应力和力

一个DN150标准(6英寸)钢管长度为50米(1969英寸)20.oC (68oF)90oC(194oF).的钢膨胀系数12日106m/mK (6.76在/oF).的弹性模量对于钢铁来说200 GPa (109N / m2) (29 106psi(磅/2)).

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无限制管道膨胀:

Dl = (12日106米/可)(50米)((90o20 .答案CoC))

0.042

如果限制管道的膨胀-由于温度变化产生的应力可以计算为

σdt(200年109N / m212日106米/可) ((90o20 .答案CoC))

168年106N / m2(Pa)

168MPa

请注意!-如果管道中有压力-将轴向和周向(环向)应力可添加到限制温度膨胀应力使用向量加法

管子的外径为168.275毫米(6.63英寸)壁厚为7.112毫米(0.28).然后可以计算出管壁的截面积

一个=π(168.275 mm) / 2)2-π(168.275毫米)- 2(7.112毫米)/ 2)2

= 3598毫米2

3.6十32

受约束时作用于管端的力可计算为

F =168年106N / m2) (3.6 1032

= 604800 n

604kN

以帝国单位计算

无限制管道膨胀:

Dl = (6.7106在/oF)(1669英寸)((194o68 .答案:boF))

1.4

受限管道应力:

σdt(29日106磅/26.7十6在/oF) ((194o68 .答案:boF))

24481磅/2(psi)

截面积:

一个=π((6.63英寸)/ 2)2-π((6.63英寸)- 2(0.28毫米))/ 2)2

5.32

轴力:作用于两端的轴力:

F =24481磅/2(5.3英寸)2

129749

示例-增强或连接材料中的热张力

当两种具有不同温度膨胀系数的材料连接在一起时,例如典型的混凝土和钢筋,或在带有PEH绝缘的集中供暖管道中等,温度变化会引起张力。

这可以用PVC塑料条来说明10米用钢棒加固。

免费的聚氯乙烯膨胀棒材不加钢筋——随温度的变化One hundred.oC-可由(1)

戴斯。莱纳姆:聚氯乙烯= (50.46m/mK) (10 m) (100oC)

0.054

的自由膨胀杆的温度变化为One hundred.oC-可由(1)

戴斯。莱纳姆:= (12 106m/mK) (10 m) (100oC)

0.012

如果我们假设钢棒比PVC棒强得多(取决于杨氏模量和材料的面积)- PVC棒中的张力可由(4)作为膨胀温度差计算

σ聚氯乙烯= (2.8 109Pa)(0.054米- 0.012米)/(10米)

11.8十6巴勒斯坦权力机构

11.8MPa

PVC的拉伸屈服强度大约是55 MPa

热膨胀轴向力计算器

该计算器可用于计算受限制温度膨胀的物体所产生的轴向力。该计算器是通用的,可以用于公制单位和英制单位,只要单位的使用是一致的。

受限物体长度(米,英寸)

受限物体面积(m2,在2

温差(oC,oF)

杨氏模量(GPa, 109psi)

膨胀系数(106米/可,106在/oF)


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