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热膨胀-应力和力

当热膨胀受到限制时的应力和力

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温度膨胀-应力和应变

线性膨胀由于温度的变化可以表示为

α lodt (1)

在哪里

延伸率(m, in)

α=温度膨胀系数(米/可我n /在oF)

lo=初始长度(m, in)

温差(oC,oF)

应变-或变形-为一个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(bob 体育平台下载 )表示为

E =σ/ε(3)

在哪里

E =bob 体育平台下载 (Pa (N / m2), psi)

σ=压力(Pa (N / m2), psi)

热应力

限制扩张“转换”为压力——那么(1),(2)(3)可以组合成

σdtE =ε

= El dl /o

= Eαlodt/lo

= E α dt (4)

在哪里

σdt=Pa (N/m2), psi)

轴向力

由于温度的变化,限制杆所受的轴向力可以表示为

F =σdt一个

=Eαdt(5)

在哪里

F =轴力(N)

A =杆的横截面积(m2,在2)

实例。加热钢管。热应力和受限膨胀力

一个DN150 Std.(6英寸)钢管长度为50米(1969英寸)被加热的20.oC (68oF)90oC(194oF)。的钢的膨胀系数12日10610米/可(6.76在/oF)。的bob 体育平台下载 对钢200 GPa (109N / m2)(29日106psi(磅/2))。

管道-温度膨胀

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无限制管的膨胀:

戴斯。莱纳姆:= (12日106米/可)(50米)((90oC) - (20oC))

=0.042

如果管道的膨胀受到限制——由于温度变化而产生的应力可计算为

σdt=(200年109N / m2)(12日106米/可) ((90oC) - (20oC))

=168年106N / m2(Pa)

=168MPa

请注意!-如果管道中有压力-轴向和周向(箍)应力可通过使用附加到受限制的温度膨胀应力向量加法

这管子的外径是168.275毫米(6.63英寸)壁厚是7.112毫米(0.28)。然后可以计算出管壁的截面积为

一个=π(168.275毫米)/ 22-π(168.275毫米)- 2(7.112毫米)/ 2)2

= 3598毫米2

=3.6十32

当管道受到限制时,作用在管道两端的力可计算为

F =(168年106N / m2) (3.6 1032)

N = 604800

=604kN

以英制单位计算

无限制管的膨胀:

戴斯。莱纳姆:= (6.7106在/oF)(1669年)((194oF) - (68oF))

=1.4

限制管的应力:

σdt=(29日106磅/2)(6.7十6在/oF) ((194oF) - (68oF))

=24481磅/2(psi)

横截面面积:

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

=5.32

作用于两端的轴向力:

F =(24481磅/2) (5.32)

=129749

实例-增强或连接材料中的热张力

当两种温度膨胀系数不同的材料连接时——典型的是混凝土和钢筋,或在带PEH保温的集中供热管道中——温度变化会引入张力。

这可以用PVC塑料条来说明10米用钢条加固。

免费的聚氯乙烯膨胀钢筋不加筋-随温度变化而变化One hundred.oC-可以从(1)

戴斯。莱纳姆:聚氯乙烯=(50.4十6m/mK) (10 m) (100oC)

=0.054

自由膨胀棒材随温度变化One hundred.oC-可以从(1)

戴斯。莱纳姆:= 10 (126m/mK) (10 m) (100oC)

=0.012

如果我们假定钢棒比PVC棒强得多(取决于杨氏模量和材料的面积)-拉力在PVC棒可以计算的温差膨胀(4)为

σ聚氯乙烯=(2.8十9Pa)(0.054米- 0.012米)/(10米)

=11.8十6巴勒斯坦权力机构

=11.8MPa

PVC的抗拉屈服强度大约是55 MPa

热膨胀轴向力计算器

这个计算器可用来计算受温度膨胀限制的物体所产生的轴向力。计算器是通用的,可以用于公制和英制单位,只要单位的使用是一致的。

受限制物体长度(m,英寸)

受限制物体面积(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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引用

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  • bob体育怎么玩bob最新下载地址工程的工具箱,(2011)。热膨胀-应力和力。[在线]可在:https://www.engineeringtoolbbob体育怎么玩ox.com/stress-restricting-thermal-expansion-d_1756.html[访问日莫年]。

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