Estresse térmico: 23 fatores importantes relacionados a ele

Conteúdo: estresse térmico

Definição de estresse térmico

“O estresse térmico é o estresse no material devido à mudança de temperatura e esse estresse levará à deformação plástica no material.”

Equação de estresse térmico | Fórmula de estresse térmico:

O estresse induzido devido à mudança de temperatura:
σ = Eα∆T
Está documentado que as mudanças na temperatura farão com que os elementos aumentem ou contraiam e se o incremento no comprimento de uma barra uniforme de comprimento L e ∆L for a alteração do comprimento de f porque sua temperatura foi alterada de T0 para T, então ∆L poderia ser representado como
∆L = αL (T - T0)
onde α é o coeficiente de expansão térmica.

Unidade de estresse térmico:

Unidade SI: N / m ^ 2

Tensão do arco térmico:

Estresse gerado por mudança térmica.
Vamos supor que um pneu fino com diâmetro 'd' foi instalado na roda de diâmetro 'D'.
Se a temperatura do pneu foi alterada de forma que o diâmetro do pneu aumentou e ficou igual ao diâmetro da roda e se a temperatura do pneu diminuiu para o original, o diâmetro do pneu tenta retornar ao sua dimensão original e, devido a esse processo, foi gerada uma tensão no material do pneu. Esta tensão é um exemplo de Térmica estresse do arco.
então, a diferença de temperatura = grau t.
tensão térmica = Dd / d
Tensão do arco = e. E
Conseqüentemente,
Tensão do arco = (Dd) .E / d

Análise térmica:
Análise de tensão térmica na bancada ANSYS | Estresse térmico de Ansys | Análise de estresse térmico de Abaqus:

O objetivo da análise térmica é estudar o comportamento do material após a aplicação de carregamento térmico e estresse térmico. Para estudar a transferência de calor dentro de um objeto ou entre objetos, a análise térmica é utilizada para medição de temperatura, gradiente térmico e distribuições de fluxo de calor do corpo.

Tipos de análise térmica:

Existem dois tipos de análise térmica:

Análise térmica em estado estacionário:

A análise térmica em estado estacionário visa buscar a distribuição da temperatura ou do fluxo de calor nas estruturas quando um equilíbrio é alcançado.

Análise térmica transitória:

Os conjuntos de análise térmica transiente curvados determinam o histórico de tempo de como o perfil de temperatura e outras quantidades térmicas mudam com o tempo
Além disso, a expansão ou contração térmica de materiais de engenharia frequentemente resulta em estresse térmico nas estruturas, que pode ser examinado por meio de análises de estresse térmico.

Importância do estresse térmico:

A análise de tensões térmicas é essencial para determinar as tensões térmicas devido às mudanças de temperatura nas estruturas. Podemos prosseguir para

Resolva a Equação K. T = q
⦁ Para obter os campos de mudança de temperatura, inicialmente aplique a mudança de temperatura ΔT como deformação inicial
⦁ As relações tensão-deformação devido à mudança de temperatura foram determinadas primeiro usando materiais de caixa 1D.
A deformação térmica (ou deformação inicial): εo = αΔT

Estudo de caso com ANSYS Workbench:

Material: Alumínio
k = 170 W / (m · K)
ρ = 2800 kg / m3;
c = 870 J / (kg · K)
E=70GPa;
v = 0.3
α = 22 × 10–6 / ° C
Condições limite: Temperatura do ar de 28 ° C; h = 30 W / (m2 · ° C). Estado estacionário: q ′ = 1000 W / m2 na base.
Condições iniciais: Estado estacionário: Temperatura uniforme de 28 ° C.

• Iniciar ANSYS workbench
• Crie um sistema de análise térmica em estado estacionário:
• Adicionar novo material: fornecido com todos os dados fornecidos.
• Inicie o programa de modelagem de design.
• Criar corpo
• Lance o programa térmico de estado estacionário
• Gerar malha
• Aplique condições de limite.
• Resolva e recupere resultados.

Análise térmica do motor refrigerado a água:

As etapas a seguir são seguidas após a finalização das especificações do motor.

• Projeto do sistema water-core e head-core.
• Projeto do sistema de revestimento. (Com base em seus parâmetros como furo, curso e espessura, etc.)
• Projeto de bomba de água e instalação.
• Projeto do sistema de refrigeração e seus subsistemas, como radiadores, ventiladores, projeto do resfriador de óleo.

Aspectos da análise térmica do bloco do motor:

• Velocidades da água da ponte da válvula da cabeça do cilindro (desenho da seção transversal no núcleo da água da cabeceira).
• Análise do aspecto do resfriamento do pistão e da válvula.
• Análise de cavitação de liner.
• Análise do projeto da junta da cabeça do cilindro.

Intemperismo por estresse térmico:

O intemperismo por estresse térmico é a fratura térmica é uma quebra mecânica da rocha devido à expansão ou contração térmica causada pela mudança na temperatura.

Efeitos de tensões térmicas em juntas de solda:
Tensão térmica na soldagem e nas juntas coladas:

A temperatura do corpo aumenta uniformemente1,
A tensão normal do corpo é,
x = y = z = α (T)
Aqui,
α é o coeficiente de expansão térmica.
T é a variação da temperatura.
O estresse é representado como
σ1 = - E = −α (T) E
de forma semelhante, se uma placa plana consistente for restringida nas laterais e também sujeita a um aumento constante da temperatura.
σ2 = - α (T) E (1 − ν)
As tensões σ1, σ2 são chamadas de tensões térmicas. Eles surgem devido a um processo natural durante um membro travado ou contido.

Equação de tensão térmica para cilindro | Tensão térmica em cilindro de parede espessa:

Cilindro de Parede Fina:

Cilindro de parede espessa:

Processo de alívio do estresse térmico:

O processo de tratamento térmico é utilizado para diminuir as tensões térmicas residuais nos materiais.
Primeiro, a peça precisa ser aquecida a 1100-1200 graus F, levando ao alívio das tensões e mantê-la lá por uma hora por polegada de espessura, e então deixada para resfriar no ar tranquilo na temperatura.

Expansão térmica:

Quando um material sólido experimenta um aumento na temperatura ou diferença de temperatura, o volume da estrutura do material sólido aumenta, este fenômeno é reconhecido como expansão térmica e este incremento de volume levará a um aumento na tensão da estrutura.

Coeficientes de expansão térmica:

• (Coeficientes médios lineares para a faixa de temperatura 0-100 ° C):
• Alumínio: 23.9(10) −6 Latão, fundido: 18.7(10) -6
• Aço carbono: 10.8(10) −6 Ferro fundido: 10.6(10) -6
• Magnésio: 25.2(10) -6 aço de níquel: 13.1(10) -6
• Aço inoxidável: 17.3(10) -6 Tungstênio: 4.3(10) -6

Tensões térmicas na fórmula de barras compostas:
Estresse térmico em barras compostas:

Barras compostas e barras compostas, quando submetidas a mudanças de temperatura, tendem a se contrair ou expandir. Geralmente, a deformação térmica é um processo reversível, de modo que o material retornará à sua forma real quando a temperatura também diminuir para seu valor real, embora haja alguns materiais que não se comportam de acordo com a expansão e contração térmica.

Barras em série:

Estresse térmico e deformação:
Estresse térmico e definição de deformação:

O estresse produzido devido à mudança de temperatura é conhecido como estresse térmico.
Estresse térmico = α (t2-t1) .E
A deformação correspondente ao estresse térmico é conhecida como deformação térmica.
Deformação térmica = α (t2-t1)

Exemplo de estresse térmico:

Estresse térmico em trilhos.

Aplicações de estresse térmico:

Motor, radiador, escapamento, trocadores de calor, usinas de energia, projeto de satélite, etc.

Tensão residual térmica:

As diferenças nas temperaturas durante o ambiente de fabricação e comercialização são a maior explicação para as tensões térmicas (residuais).

Estresse induzido termicamente

σ = E ∆L / L

Cálculo de tensão térmica na tubulação:

Os tubos se expandem e contraem devido a temperaturas variáveis.
O coeficiente de expansão térmica mostra a taxa de expansão e contração térmica.

Fatores que afetam o estresse térmico:

• Gradiente de temperatura.
• Contração de expansão térmica.
• Choques térmicos.

O estresse térmico depende do coeficiente de expansão térmica do material e se a mudança de temperatura for maior, o estresse também será maior.

Módulo de elasticidade na expansão térmica:

Se a barra for impedida de se expandir completamente dentro da direção axial, então a típica tensão de compressão induzida é
σ = E ∆L / L
onde E é o módulo de elasticidade.
Portanto, o estresse térmico necessário é,
α = –αE (T - T0)
Em geral, em um continuum elástico, o processo natural é não uniforme em toda parte e isso geralmente é uma função do tempo e do espaço.
portanto, as coordenadas do espaço (x, y, z), ou seja, T = T (t, x, y, z).

Limitações da análise de estresse térmico:

O corpo em consideração também pode ser impedido de expansão ou movimento em algumas regiões, e as trações externas também podem ser aplicadas a outras regiões e o cálculo de tensão sob tais circunstâncias pode ser bastante complexo e difícil de calcular. Isso também tendo o seguinte caso é restrito.

• Discos circulares finos com igual diferença de temperatura.
• Cilindro circular longo. (Isso pode ser vazio e sólido)
• Esfera com variação radial de temperatura. (Isso pode ser vazio e sólido)
• Viga reta de seção transversal arbitrária.
• Caixa de feixe curvo.

Problemas e soluções de estresse térmico:

1) Uma haste de aço de 20 m de comprimento e temperatura de 10 graus Celsius. A temperatura é elevada para 50 graus Celsius. Encontre o estresse térmico produzido.
Dado: T1 = 10, T2 = 50, l = 20, α = 1210 ^ -6, E = 20010 9 ^

Estresse térmico = α (t2-t1) .E

= 1210 ^ -6 (50-10)20010 9 ^

= 9610 ^ 6 N / m ^ 2.

Perguntas frequentes / breves notas:

Qual é o efeito de tensões térmicas?

Isso tem um efeito significativo nos materiais e pode levar à fratura, e a deformação plástica depende da temperatura e do tipo de material.

Qual material pode ser usado como isolante térmico e por quê ?

Celulose. Porque bloqueia o ar melhor do que a fibra de vidro e tem baixa condutividade térmica.

Quais são os três tipos mais comuns de estresse por calor?

Tipos de estresse por calor comumente usados:

• Tangencial
• radial
• axial.

Como calcular tensões térmicas em vidro ?

O estresse térmico no vidro é variado em diferentes temperaturas.

Tensão térmica e deformação:

Deformação térmica é a propriedade de uma substância de se expandir com o aquecimento e se contrair com o resfriamento, normalmente um tipo de deformação devido à mudança de temperatura e isso é determinado pelo coeficiente de expansão linear α.
α = ΔL / L × Δt
Aqui,
⦁ α é o coeficiente de expansão linear de uma substância (1 / K).
⦁ ΔL é o valor de expansão ou contração de uma amostra (mm).
⦁ L é o comprimento real.
⦁ Δt é a diferença de temperatura medido em Kelvin ou grau Celsius.
Quanto maior o coeficiente de expansão térmica, maior o valor de deformação térmica.

Intemperismo por estresse térmico:

O intemperismo por estresse térmico é a fratura térmica a, quebra mecânica da rocha devido à expansão ou contração térmica causada pela mudança na temperatura.

Qual é a fórmula para tensão e deformação de expansão térmica?

Fórmula de estresse térmico:

α (t2-t1). E

Fórmula de tensão térmica:

α (t2-t1).

Qual é a relação entre estresse térmico e deformação térmica?

Estresse térmico e deformação térmica em casos 2D-3D:
As mudanças de temperatura não rendem tensões de cisalhamento. Em ambos os casos 2-D e 3-D, toda a deformação é frequentemente dada pela seguinte equação vetorial:
ε = εe + εo
E a relação tensão-deformação é dada por
σ = Eεe = E (ε - εo).

Quais parâmetros devem ser definidos para materiais isotrópicos para análise estrutural e térmica no ANSYS?

• Condutividade térmica isotrópica
• Material
• Coeficiente de transferência de calor

Se a deformação causa tensão, então, na expansão térmica livre, por que a tensão está ausente, embora haja deformação térmica:

Tensão é a resistência interna quando aplicada a uma carga externa. Quando o material é submetido a qualquer carga ou força, o material tenta resistir à força que leva à geração de tensão.
Se o material estiver passando por expansão térmica livre, o material não sofrerá nenhum estresse interno, o que não levará à geração de estresse.

Quais são alguns exemplos de expansão térmica na vida cotidiana?

⦁ Termômetros
⦁ Postes elétricos
⦁ Tiras bimetálicas
⦁ Linhas ferroviárias.

Qual é a aplicação da difusividade térmica no mundo real ?

⦁ Isolamento.

A lei de Hooke falha em caso de expansão térmica ?

A lei de Hook se aplica a uma expansão térmica apenas quando há uma restrição ao objeto submetido a estresse térmico. Se não houver tensão aplicada, não haverá expansão e a lei de Hook afirma que a tensão é diretamente proporcional à deformação.

Por que o cobre tem uma expansão térmica tão baixa ?

Se o coeficiente de expansão térmica é quase igual para aço e concreto, por que uma estrutura de concreto é considerada um melhor bombeiro
Se o coeficiente de expansão térmica é quase igual para aço e concreto, então por que uma estrutura de concreto é considerada um melhor bombeiro:
Uma estrutura de concreto tem baixa condutividade térmica e não aquece rapidamente. Portanto, se o coeficiente de expansão térmica é quase igual para aço e concreto, por que uma estrutura de concreto é considerada um bombeiro melhor.

Por que fazemos fadiga não linear térmica modal de flambagem de estrutura estática com base na tensão e deformação no Ansys?

É um método de elementos finitos. Para prever a resistência exata e precisa das estruturas, é realizada uma análise não linear. Ele leva em consideração as mudanças nos parâmetros à medida que a carga é aplicada.

O que significa capacidade térmica?

A capacidade térmica do material é a quantidade de calor necessária para alterar a temperatura do material por unidade de massa do material.

Qual é a diferença entre os coeficientes de expansão térmica do aço e do cobre?

Coeficientes de expansão térmica 20 ° C (x10−6 K − 1)
cobre = 17
aço = 11-13.

Qual é a utilidade da condutividade térmica?

A condutividade térmica é a capacidade de um objeto de conduzir calor. Ele mede a quantidade de calor que é transferida através do material.

Algum material tem coeficiente de expansão térmica zero?

Existem poucos materiais com coeficiente de expansão térmica zero.
Mesoporos.

Lei de Hooke | Lei de Hooke para estresse térmico:

σth = Eϵth
Se o material estiver passando por uma expansão térmica livre, o tecido não sofrerá nenhum estresse interno, levando a nenhuma geração de estresse.

O que é retração térmica em concreto:

Quando o concreto quente resfria à temperatura ambiente, o volume do concreto diminui; este processo é denominado contração térmica ou encolhimento térmico no concreto.

Qual é o melhor software de simulação e análise para engenharia mecânica, principalmente a análise estrutural e a análise dinâmica térmica não necessária?

Ansys, Nasttan, Abaqus, 1-deas NX, etc.

Tensão-tensão térmica: Por que a barra não dobra quando é aquecida a partir do fundo com apenas uma extremidade fixada:

Tensões térmicas em vigas cantilever:

Caso 1: barra livre fixa:
Se uma haste for aquecida por meio do aumento da temperatura, a haste tenderá a se expandir em um valor εo = αLΔT, se a haste estiver livre em outras extremidades, sofre expansão térmica ε = αΔT,
ε = εo, εe = 0,
σ = E (ε- εo) = E (αΔT- αΔT) = 0
Ou seja, não há estresse térmico neste caso.

Caso 2: barra fixa-fixa
Se houver uma restrição do lado direito, ou seja, a barra não pode se expandir para o nível adequado, então temos:
ε = 0,
εe = −εo
σ = E (ε-εo) = E (0- αΔT) = = −αΔT,
σ = −EαΔT
Portanto, existe estresse térmico.

As deformações de cisalhamento não mudam apenas as deformações normais.

Se a temperatura muda, o tamanho do corpo muda, embora não mude a forma do corpo. Portanto, considerando este fato, a tensão de cisalhamento do corpo não muda.

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Sulochana Dorve

Eu sou Sulochana. Sou Engenheiro de Projeto Mecânico - M.tech em Engenharia de Design, B.tech em Engenharia Mecânica. Trabalhei como estagiário na Hindustan Aeronautics limitado no projeto do departamento de armamento. Tenho experiência trabalhando em P&D e design. Tenho habilidade em CAD/CAM/CAE: CATIA | CREO | ANSYS Apdl | Bancada de trabalho ANSYS | HIPER MALHA | Nastran Patran, bem como nas linguagens de programação Python, MATLAB e SQL.
Tenho experiência em Análise de Elementos Finitos, Projeto para Fabricação e Montagem (DFMEA), Otimização, Vibrações Avançadas, Mecânica de Materiais Compósitos, Projeto Assistido por Computador.
Sou apaixonado pelo trabalho e um grande aluno. Meu propósito na vida é ter uma vida com propósito e acredito no trabalho duro. Estou aqui para me destacar na área de Engenharia, trabalhando em um ambiente desafiador, agradável e profissionalmente brilhante, onde posso utilizar plenamente minhas habilidades técnicas e lógicas, me atualizar constantemente e me comparar com os melhores.
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