熱膨脹和熱應力之間的那點事兒！
點擊次數(shù)：3215 更新時間：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，應該也是這樣的。
熱膨脹與熱應力之間的關系？
熱膨脹產(chǎn)生熱應力：
隨著結構體積的增加，固體單元會承受更高水平的應力。熱應力會對固體結構的強度和穩(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。這些故障會破壞結構的整體設計，從而導致潛在的強度減弱和變形。
焊接殘余應力便是眾多例子中的一個。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，當材料再次固化后，它們便會焊接在一起。焊接后的裝配結構在冷卻過程中，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，這就導致焊接區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生了殘余應力。
支架在外加溫度（紅色）作用下產(chǎn)生應力，在應力最大的區(qū)域，支架發(fā)生變形。
在設計中考慮熱膨脹：
在設計過程中，我們必須考慮熱膨脹以及由此產(chǎn)生的應力，才能實現(xiàn)材料性能。為此，我們需要研究傳熱與結構力學之間的關系，并將結構的材料和位移場作為研究重點。
以伸縮縫為例。它們經(jīng)常被應用在建筑物、橋梁和鐵路的設計中，用來幫助釋放因溫度升高而引起的內(nèi)部應力。這些采用結構件實現(xiàn)分離的設計對位移進行了補償，在減少結構組件受到的熱應力以及結構裂縫控制方面起著至關重要的作用。
然而，某些設計方案卻需要利用熱膨脹及其產(chǎn)生的應力。在一種稱為熱配合的過程中，通過將一個外部組件加熱到膨脹點，從而使其與對應的內(nèi)部組件實現(xiàn)裝配。這種加熱技術形成的連接，可以將兩個單獨的零件固定在一起。當兩個組件達到相同的溫度時，連接強度會變得更高。