1. 碳钢升温热应力估算
机械设计工程师背景
一根完全约束的碳钢杆件经历均匀升温,需要快速估算其热应力。
问题
确定 ΔT=100 K 时的热应力大小和受力方向。
如何使用
选择材料“碳钢”,输入温度变化 ΔT=100 K,并保留默认小数位数。
{"material":"carbonSteel","deltaT":100,"decimalPlaces":4}结果
工具使用 E=210000 MPa 和 α=0.000012 1/K,计算得到 252.0000 MPa,方向为压应力。
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完全约束杆件在均匀温升/温降下的热应力 σ_th = E·α·ΔT。内置碳钢/合金钢/铝/铜/奥氏体不锈钢/钛的典型 E 与 α,亦可自定义。ΔT 以 K 或 °C 输入(数值相同),结果以 MPa 输出。约定:ΔT>0(升温→欲膨胀被约束→受压);工具报告应力大小与压/拉方向。
执行
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案例
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工具使用指南
热应力计算器根据完全约束杆件的公式 σ_th = E·α·ΔT,使用材料的弹性模量、线膨胀系数和温度变化计算热应力,并以 MPa 输出应力大小及压应力或拉应力方向。
背景
一根完全约束的碳钢杆件经历均匀升温,需要快速估算其热应力。
问题
确定 ΔT=100 K 时的热应力大小和受力方向。
如何使用
选择材料“碳钢”,输入温度变化 ΔT=100 K,并保留默认小数位数。
{"material":"carbonSteel","deltaT":100,"decimalPlaces":4}结果
工具使用 E=210000 MPa 和 α=0.000012 1/K,计算得到 252.0000 MPa,方向为压应力。
背景
完全约束的铝合金构件从较高温度均匀降温,需要评估冷却产生的热应力。
问题
计算 ΔT=-50 K 时的应力,并确认其属于拉应力还是压应力。
如何使用
选择材料“铝合金”,输入温度变化 ΔT=-50 K。
{"material":"aluminum","deltaT":-50,"decimalPlaces":4}结果
工具使用 E=70000 MPa 和 α=0.000023 1/K,计算得到 -80.5000 MPa,方向为拉应力。
适用于完全约束杆件在均匀温度变化下的热应力估算。
两者的温差数值相同,均可输入。
ΔT>0 表示升温并产生压应力;ΔT<0 表示降温并产生拉应力。
可以。选择“自定义”后输入 E(MPa)和 α(1/K)。
热应力结果以 MPa 输出,可设置结果的小数位数。
背景
研发人员需要使用未列入材料预设的材料参数进行完全约束热应力估算。
问题
根据已知的弹性模量、线膨胀系数和温度变化获得应力结果。
如何使用
选择“自定义”,输入 E(MPa)和 α(1/K),再输入 ΔT;例如 E=150000 MPa、α=0.000010 1/K、ΔT=80 K。
{"material":"custom","customE":150000,"customAlpha":0.00001,"deltaT":80,"decimalPlaces":4}结果
工具按自定义参数计算热应力,并以 MPa 返回应力值及压应力或拉应力方向。