Tính giãn nở nhiệt theo chiều dài, diện tích và thể tích của vật liệu từ một biến thiên nhiệt độ, cùng ứng suất nhiệt bị kiềm chế, kèm bảng vật liệu.
Chọn một vật liệu, loại kích thước và biến thiên nhiệt độ. Thêm mô đun đàn hồi cho ứng suất nhiệt bị kiềm chế.
Về công cụ này
Công cụ tính Giãn nở Nhiệt tính toán một chi tiết nở ra hoặc co lại bao nhiêu khi nhiệt độ thay đổi, và tùy chọn tính ứng suất tích tụ nếu chi tiết bị giữ cứng và không thể giãn nở. Chọn một vật liệu — hoặc nhập một hệ số tùy chỉnh — chọn xem bạn đang giãn nở một chiều dài, một diện tích hay một thể tích, nhập kích thước ban đầu và biến thiên nhiệt độ, và nó trả về biến thiên kích thước và kích thước mới. Nó chạy hoàn toàn trong trình duyệt của bạn.
Giãn nở tuyến tính theo ΔL = α·L₀·ΔT, cho chiều dài mới L₀·(1 + α·ΔT), trong đó α là hệ số giãn nở nhiệt tuyến tính. Giãn nở diện tích dùng xấp xỉ 2α và giãn nở thể tích 3α, nên công cụ nhân biến dạng tuyến tính với 1, 2 hoặc 3 cho loại kích thước bạn chọn. Các hệ số tích hợp sẵn tính bằng đơn vị 10⁻⁶ trên °C: thép 12, gang 11, thép không gỉ 17, nhôm 23, đồng 17, đồng thau 19, titan 8,6, bê tông 12, thủy tinh 9 và PVC 50. Biến thiên nhiệt độ có thể nhập bằng °C hoặc °F (một delta của °F được nhân tỷ lệ 5/9). Nếu bạn cung cấp mô đun đàn hồi, ứng suất nhiệt bị kiềm chế hoàn toàn là σ = E·α·ΔT, báo cáo bằng MPa và psi.
Ví dụ minh họa, một thanh thép 1000 mm được nung nóng thêm 80 °C nở ra 12 × 10⁻⁶ × 1000 × 80 = 0,96 mm, đạt 1000,96 mm. Nếu chính thanh đó bị kẹp cứng để không thể nở, ứng suất nhiệt nén với E = 200 GPa sẽ là 200.000 × 12 × 10⁻⁶ × 80 ≈ 192 MPa — đó là lý do cầu, đường ray và đường ống cần khe và vòng co giãn để giải phóng chính xác ứng suất này.
Câu hỏi thường gặp
Giãn nở nhiệt được tính như thế nào?
Biến thiên tuyến tính là ΔL = α·L₀·ΔT, trong đó α là hệ số giãn nở nhiệt, L₀ là chiều dài ban đầu và ΔT là biến thiên nhiệt độ. Biến thiên diện tích dùng 2α và biến thiên thể tích dùng 3α, vì giãn nở xảy ra dọc theo mỗi trong hai hoặc ba chiều.
Tại sao giãn nở diện tích là 2α và thể tích 3α?
Mỗi chiều tuyến tính nở theo hệ số (1 + αΔT). Một diện tích là hai chiều nhân với nhau, nên ở bậc nhất nó nở khoảng (1 + 2αΔT); một thể tích là ba chiều, nở khoảng (1 + 3αΔT). Các số hạng bậc cao nhỏ không đáng kể với các biến thiên nhiệt độ thông thường.
Ứng suất nhiệt bị kiềm chế là gì?
Nếu một chi tiết bị nung nóng nhưng bị chặn cứng không cho giãn nở, biến dạng lẽ ra nó tiếp nhận thay vào đó trở thành ứng suất đàn hồi: σ = E·α·ΔT, trong đó E là mô đun đàn hồi. Nung nóng một chi tiết bị kiềm chế đặt nó vào trạng thái nén; làm nguội đặt nó vào trạng thái kéo. Đó là lý do khe co giãn tồn tại.
Cái này có hoạt động với Fahrenheit không?
Có. Nhập biến thiên nhiệt độ và chọn °C hoặc °F. Vì các hệ số tính trên °C, một biến thiên biểu thị bằng °F được nhân tỷ lệ 5/9 trước khi dùng. Lưu ý chính là hiệu nhiệt độ quan trọng, không phải nhiệt độ tuyệt đối, nên hãy nhập nhiệt độ tăng hay giảm bao nhiêu.