热应力
热应力单位
热应力单位热应力单位（ThermalStressUnit，TSU）是决定物体对热激励的反应能力的物理量。
它是物体的体积中的热量的浓度，采用千分之一百分率表示，即热应力单位（TSU）= 1000/100 = 10 Volts/Kelvin （V/K）。
热应力单位（TSU）是一种非常重要的物理量，广泛应用于工业设备、环境实验室和工作场所。
它主要用于高温和低温环境下物体的特性测试，如计算物体的导热性能，对比物体的热应力行为等。
例如，在航空发动机中，用于测定各种金属材料的温度耐受性。
热应力单位的定义是指：“1000瓦特/开摄氏度”，即每千瓦特的电功率产生的热量，与每开摄氏度的温度变化量相比较，从而表示出一个单位热应力行为。
所以，热应力单位（TSU）就是千分之一百分率。
热应力单位（TSU）也可以被称为热容量单位（Thermal Capacity Unit），它也可以用于测定热容量的大小，以及物体在不同温度下的热容量变化。
它还可以被用于评估物体在不同温度环境下的热膨胀行为，预测物体在高温和低温环境下可能发生的变形情况。
在应力、外力和温度这三个控制变量相结合的情况下，热应力单位（TSU）也可以用于测定不同材料的塑性变形行为。
此外，它还可以应用于工程设计，如制定满足指定塑性变形度要求的材料应用技术。
热应力单位（TSU）是工程力学中最重要的量。
它被以千分之一的百分率表示，可以用于测量物体的导热性能、对比物体的热应力行为，以及比较不同材料的塑性变形行为。
同时，它还可以应用于工程设计，有助于确定所需要的材料应用技术。
它能够提供重要的信息，可以为工程实际应用提供基础。
总之，热应力单位（TSU）是以千分之一百分率表示的物理量，它对于对热激励的反应能力具有重要的意义。
它被广泛应用于工业设备、环境实验室和工作场所，可以用于测定物体的导热性能、对比物体的热应力行为，以及应用于工程设计，确定所需要的材料应用技术，进而更好地完成工程实际应用。
热应力公式__概述说明以及解释
热应力公式概述说明以及解释1. 引言1.1 概述热应力是指由于物体受热或受冷引起的内部应力。
在工程领域中，热应力公式是一种用来计算和预测材料在温度变化下所产生应力的重要工具。
通过了解热应力公式及其推导过程，我们能够更好地理解材料的热膨胀性质以及温度变化对材料结构的影响。
1.2 文章结构本文将包括以下几个部分：引言、热应力公式的基本概念、热应力公式推导过程、热应力公式在实际工程中的应用案例分析以及结论与展望。
1.3 目的本文旨在通过对热应力公式进行概述说明以及解释，从而使读者能够全面了解和掌握该公式的基本概念和原理。
同时，通过实际工程案例分析，展示热应力公式在解决工程问题和设计优化中的实用价值。
最后，在文章的结论与展望部分，我们将总结文章主要内容和观点，并提出对热应力公式优化改进以及未来研究方向2. 热应力公式的基本概念2.1 热应力的定义热应力是指物体在温度变化时由于受到内外部约束而产生的应力。
当物体受热或冷却时，其尺寸会发生变化，而如果受到限制，则会产生内部应力，这就是热应力。
2.2 热应力与温度变化的关系热应力与温度变化呈正比例关系，即当温度升高时，热应力也增加；当温度下降时，热应力减小。
这是因为物体在受到热胀冷缩作用时，其分子之间的相互作用力也会随之改变，进而引起内部应力的变化。
2.3 热应力公式的重要性热应力公式是计算和预测材料在温度变化条件下可能产生的应力的重要工具。
通过建立数学模型和进行实验验证，在工程设计中可以使用热应力公式来评估材料的耐温性能、了解结构件在不同温度下可能出现的变形和损坏情况，并制定相应的措施进行优化设计。
需要注意的是，在实际工程中，热应力公式的应用可能需要考虑多种因素，如材料的线性膨胀系数、应变与弹性模量之间的关系以及不同应力状态下公式的适用3. 热应力公式推导过程:3.1 材料的线性膨胀系数与热应变之间的关系在材料受到温度变化时，其尺寸也会相应地发生变化，这种现象称为热膨胀。
第五节热应力
如果构件的热膨胀在x、y、z三个方向都受到完全约束，则有：
σtx
=
σty
=
σtz
=
αE∆t
1−2μ
（3—56）
CUG
二、产生热应力的几种常见情况
（一）构建整体受热而受到外部约束
最常见的是管子及其它圆筒形元件沿长度方向的膨胀受到约束，而在元件
内产生压缩热应力。这类热应力可以通过解除外部约束而减小以至消除。
第五节 热应力
一、热膨胀和热应力
（一）热膨胀
长度为L的钢棒（或钢管），当均匀受热，温度由t0升高到t时，钢棒沿长度
方向的线膨胀量为：
∆L = αL t − t 0 = αL∆t
式中：α—为钢棒的线膨胀系数，m/（m·℃)或℃-1；
α因材质、温度的变化而变化，对于碳钢，在温度为20～200℃时，
可取
α = 1.2 × 10−5 ℃−1
1
K 2 −1 r 2
2ln +
lnK − 1
（3—59）
CUG
式中：α—钢棒的线膨胀系数，℃-1；
E—钢棒的弹性模量，MPa；
μ—钢材的泊松比；
K—圆筒体外径与内径之比；
t0，ti—圆筒体外表面及内表面壁温，℃；
R0—圆筒体外半径，mm；
r—圆筒体壁面中求解热应力点的半径，mm。
CUG
当传热由圆筒体内表面向外表面进行时，ti>t0，壁面中热应力的分布
CUG
可以看出，当锅炉材质及壁厚一定时，在启动停炉时，沿径向温差引起的热应
力主要取决于升温或降温速度，主要通过控制升温或降温速度来控制启动停炉过程中
沿锅筒壁厚温差所引起的热应力。因此，控制启动或停炉中的升降温速度成为指导锅
影响热应力的因素
影响热应力的因素
影响热应力的因素包括：
1. 温度变化：当物体受到温度变化时，其体积也会随之变化，这会产生热应力。
2. 热膨胀系数：不同的材料具有不同的热膨胀系数，即单位温度变化对应的长度变化。
热膨胀系数高的材料对温度变化更敏感，容易产生较大的热应力。
3. 组成结构：材料的组成结构也会影响其热应力。
晶格结构、晶体排列以及晶界数量等因素都会影响热应力的生成和传导。
4. 材料性质：材料的密度、热导率等性质会影响热应力的产生和传导过程。
5. 形状和尺寸：物体的形状和尺寸也会对热应力产生影响。
具有不同形状和尺寸的物体在受到相同温度变化时，会产生不同的热应力。
6. 约束条件：物体受到的约束条件（如固定边界条件）也会影响热应力的产生。
约束条件不同，会导致不同的热应力分布。
7. 加热和冷却速率：加热或冷却速率的变化也会影响热应力的大小。
较快的加热和冷却速率会产生较大的热应力。
热膨胀和热应力
热膨胀和热应力热膨胀和热应力是热力学中的重要概念，它们在材料科学、工程设计和物理学等领域扮演着重要的角色。
本文将对热膨胀和热应力进行详细的介绍和讨论。
一、热膨胀热膨胀是指物质在温度变化过程中的体积变化现象。
一般来说，当物体受热时，其温度会升高，由于分子内部的振动增加，会导致物体的体积膨胀。
而当物体冷却时，其温度会下降，分子的振动减少，物体体积会收缩。
这种因温度变化而引起的体积变化即为热膨胀现象。
热膨胀可以分为线膨胀、面膨胀和体膨胀。
线膨胀是指物体在一维方向上的长度变化，面膨胀是指物体在二维方向上的面积变化，体膨胀是指物体在三维空间中的体积变化。
具体的热膨胀系数可以通过实验获得，常用的描述材料热膨胀性质的物理量有线膨胀系数α、面膨胀系数β和体膨胀系数γ。
二、热应力热应力是由于温度变化引起的物体内部产生的应力。
当物体受热时，其不同部分由于温度变化不一致而导致相对的形变。
由于物体的不同部分可能存在连接或约束的情况，这就会导致内部产生应力。
这种由温度差异引起的应力即为热应力。
热应力的大小与材料的热膨胀系数、温度变化以及约束条件有关。
如果材料没有受到任何约束，其自由膨胀并且不产生应力。
而当物体被约束时，如受到墙壁的约束、与其他物体连接等，热应力就会产生。
热应力的计算可以通过热弹性力学理论和热应力分析方法来进行。
在工程设计和材料选择过程中，了解材料的热应力特性是非常重要的，以避免因热应力引起的结构破裂、变形或其他问题。
三、热膨胀与热应力的应用热膨胀和热应力在实际应用中有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：1. 工程设计：在工程结构设计中，热膨胀和热应力的考虑是必不可少的。
例如，选择合适的材料和连接方式，以及考虑温度变化对结构的影响，都是为了防止由于热膨胀和热应力引起的结构变形和破坏。
2. 材料科学：研究不同材料的热膨胀性质对于材料科学的发展具有重要意义。
通过理解材料的热膨胀系数和热应力特性，可以选择合适的材料用于不同的应用领域，如机械工程、建筑材料等。
第五节 热应力
当传热由圆筒体内表面向外表面进行时，ti>t0，壁面中热应力的分布 如图：
CUG
对圆筒体内表面有：
σt ri = 0 σt θi =
αE 2 1 −μ 2K 2
t0 − ti (
K 2 −1
−
1 lnK
)
（3—60）
t σt zi = σθ i
对圆筒体外表面有：
σt r0 = 0 Σt θ0 = σt z0 =
式中：Δt——锅筒内外壁温差，℃； Δt/ΔƮ——启动或停炉时锅筒筒壁的升温或降温速度，即锅 筒壁温随时间的变化率，近似等于锅水的升温或降温速度，℃/s； δ——锅筒壁厚，m； a——钢材导温系数， m2 /s。 则 2 α E α E ∆ t δ σtθ i ≈ ∆t = （3— 68）
2(1 − μ)
CUG
四、锅炉启停时锅筒壁面中的热应力
不直接受热的锅壳和锅筒，在锅炉稳定运行时，其内外壁温度及上 下部温度基本一致，都接近筒内介质温度。锅筒钢材在这样的温度下要 产生一定的整体膨胀，对这类膨胀在设计、安装时一般都做了充分考虑。 因而，锅筒在正常运行时壁面内基本上不存在热应力。 启动和停炉时的情况则不相同。在启动和停炉中，锅筒金属有一个 从冷态到热态或者从热态到冷态的温度转变。以自然循环锅炉启动时的 情况为例：启动前锅筒金属的温度因保养条件而异，一般为室温；启动 时要首先往锅筒内上水，然后生火加热使水温不断上升，到水沸腾后再 逐步加压。在升压过程中，水温及汽温也不断上升，直至工作压力下的 饱和温度。对锅筒金属来说，由于通常上水水温高于锅筒壁温，从上水 开始，即开始了锅水逐步向锅筒金属壁传导热量、加热锅筒壁的过程， 锅筒壁面内则有一个有由内向外导热升温的过程，直至锅炉达到 正常运行、锅筒壁面温度均匀为止。 CUG
热应力
定义8
温度应力又称为热应力,它是由于构件受热不均匀而存在着温度差异,各处膨胀变形或收缩变形不一致,相互 约束而产生的内应力
定义9
(2)热裂纹模具表面冷热交替而引起的模具表面压与拉交替变化的应力称为热应力.这种反复循环的热应力有 可能引起模具疲劳产生热裂纹
来源文章摘要：介绍了模具的损坏形式、模具设计与使用设备对模具寿命的影响及模具使用与维护的有意事 项。
全面定义
01
定义1
02
定义2
03
定义3
04
定义4
05定义5Fra bibliotek06定义6
定义7 定义8
定义9 定义10
定义1
所谓热应力是指半成品干燥和烧成热加工中由于温差作用而产生的一种应力.热应力源包括升降温过程中砖 坯内外及砖坯与环境温差卜
来源文章摘要：本文定义了彩釉砖板面细小裂纹的随机性，建立它的力学模型．在此基础上阐述了它的形成 机理和工艺控制。
定义10
冷却的过程也是体积减小的过程也会形成内应力一般称为热应力.热应力的大小取决于胶层与被粘材料的热 胀系数之差和温度变化的幅度.因此高温固化会增加在冷却过程中形成的热应力
热应力(4张)来源文章摘要：分析了胶层的粘弹性与固化工艺的关系，指出当固化温度高于胶层的玻璃化温 度时，粘接强度随着固化程度的提高而提高；固化温度低于胶层的玻璃化温度时，粘接强度随着固化程度的提高 而降低。
定义2
(1)热应力:凡由于在搪玻璃材料中存在温度差而产生的应力称为热应力.(2)制胎成型应力:在铁胎制造过程 中,由于卷板、冲压、组焊等操作所造成的应力
来源文章摘要：<正>质量优良的搪玻璃设备,其瓷层表面不仅要具有玻化程度适当,光滑平整致密,色泽均匀 一致以及无棕孔、泡影,外来固体夹杂物,尤其不能有裂纹等缺陷。但是,事实上,在搪玻璃设备的烧成过程中,常 常会出现各种缺陷,其中瓷层裂纹是该厂搪玻璃产品中危害最大的一种缺陷。一段时间以来,在我厂100ol反应罐 盖的生产过程中,b型小咀r部位和小咀内壁瓷层常出现裂纹,并且裂纹一旦产生,就不能消除,最后只有打瓷返工, 造成了大量的人力、物力浪费,并且,严重挫伤了工人的生产积极性。
第七章 热应力分析
第七章 热应力分析当一个结构加热或冷却时，会发生膨胀或收缩。
如果结构各部分之间膨胀收缩程度不同，和结构的膨胀、收缩受到限制，就会产生热应力。
7.1热应力分析的分类ANSYS提供三种进行热应力分析的方法：在结构应力分析中直接定义节点的温度。
如果所以节点的温度已知，则可以通过命令直接定义节点温度。
节点温度在应力分析中作为体载荷，而不是节点自由度间接法：首先进行热分析，然后将求得的节点温度作为体载荷施加在结构应力分析中。
直接法：使用具有温度和位移自由度的耦合单元，同时得到热分析和结构应力分析的结果。
如果节点温度已知，适合第一种方法。
但节点温度一般是不知道的。
对于大多数问题，推荐使用第二种方法—间接法。
因为这种方法可以使用所有热分析的功能和结构分析的功能。
如果热分析是瞬态的，只需要找出温度梯度最大的时间点，并将此时间点的节点温度作为荷载施加到结构应力分析中去。
如果热和结构的耦合是双向的，即热分析影响结构应力分析，同时结构变形又会影响热分析（如大变形、接触等），则可以使用第三种直接法—使用耦合单元。
此外只有第三种方法可以考虑其他分析领域（电磁、流体等）对热和结构的影响。
7.2间接法进行热应力分析的步骤热单元结构单元LINK32 LINK1LINK33 LINK8PLANE35 PLANE2PLANE55 PLANE42SHELL57 SHELL63PLANE67 PLANE42LINK68 LINK8SOLID79 SOLID45MASS71 MASS21PLANE75 PLANE25PLANE77 PLANE82PLANE78 PLANE83PLANE87 PLANE92PLANE90 PLANE95SHELL157 SHELL63表7-1热单元及相应的结构单元首先进行热分析。
可以使用热分析的所有功能，包括传导、对流、辐射和表面效应单元等，进行稳态或瞬态热分析。
但要注意划分单元时要充分考虑结构分析的要求。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
产生热应力的例子
三、热应力的计算
二端固支杆BC长L，截面积A。 已知弹性模量E、线膨胀系数。若温 度升高T，求反力和杆内应力。
B
C
L
DLT
解：温度升高时，BC杆要伸长。两端约束限制伸长， 引起约束反力。故约束反力作用的结果是使杆在轴向 受压缩短，故两端约束力如下图 C FB B 1)力的平衡: FC FB=FC=FN LR 2)物理关系: （温度与变形、力与变形关系） 设温度升高后杆的伸长为： LT=TL 轴力FN ，故杆的缩短为： LR=FNL/(EA)
为什么受热不均会导 致试管炸裂？
答案就是我们今天要讲的热应力
二、热应力的定义
对于杆件中的微元长度Δx,如果不受阻碍的热 膨胀，那么它的伸长量是 d(Δx)=αTΔx 式中，T是温度变化量；α是物体在Δx方向上 的线胀系数。在温度变化幅度不是很大的情况下， α是常数。对于各向同性体而言，物体中沿所有 方向的α值是相同的。 因此，在力学和热学的双重作用下，拉压杆 件中的轴向应变 ε=σ/E+αT
四、热应力的危害及防治
由此可见，对于构件中温度应力不可轻视。如 热应力过大，可能使管道变弯或将固定物顶坏。 防治措施
（1）在化工厂变温管道中每 隔一段距离常插入膨胀节（伸 缩节），让管道有自由伸缩的 可能，以减少热应力。
（2）在铁路钢轨各段间 留有伸缩缝，以削弱对 钢轨膨胀的约束，降低 热应力。（右图中用螺 栓连接处） 公路上划线原理类同
3) 变形几何协调条件： 约束使杆长不变，必有： LT=LR 即： T· L=FL/(EA) 得： FB=FC=F=T· EA
FB
B
C
L
DL T C LR
B
FC
杆内的应力（压应力）为： =FN/A=T· E 可知：温度变化将在静不定构件内引起热应力。 材料线膨胀系数 越大、弹性模量E越大、T 越大，温度应力越大。 如除掉C端固定约束，则构件成为静定的。 静定结构允许温度引起的变形，不产生热应力。
应碍，温度的变化将在各个 方向上产生相同的膨胀或收缩趋势，因此温度变 化对这个微元体的各个方位上的切向应变没有影 响的。
例如下图两端固定在刚性壁上的杆件， 当温度升高时，杆件具有深长的趋势，但两 端刚性壁之间的距离不可改变，阻碍了这种 伸长的趋势，这就产生了热应力。在温度是 均匀升高的情况下应变处处为零。由上式可 得 σ=-EαT
一、引言 二、热应力的定义 三、热应力的计算
四、热应力的危害及防治
一、引言
大家都做过化学实验吧!当初老师教我们使 用试管加热时曾告诉我们： ①给物质加热时，若被热的玻璃容器外壁有水， 应擦干再加热，以免容器炸裂; ②烧得很热的玻璃容器，不要立即用冷水冲洗 (以免容器炸裂)； ③给试管里的药品加热时应先预热，后集中在 有药品位加热(防止受热不均匀而炸裂试管)； ④给试管里的固体加热，试管口一般应略向下 倾斜，以免湿存水或生成水倒流，使试管炸裂。
（3）铁路桥梁一段用固定铰支座，另一端用可动 铰支座，可以避免桥梁水平方向的热应力。