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非均匀冷却条件下弹性材料的应力

你好,

当加热/冷却时,我对无约束弹性体的热应力的概念感到困惑。

假设有一个任意几何形状的弹性体。如果我让它在没有任何约束的情况下均匀地改变温度,那么在分析结束时就不会有热应力。我想我是对的,直到这里。

现在,假设有一个弹性体,初始温度是500摄氏度,t=0秒。我在100秒内将整个身体冷却到室温,比如25摄氏度。这里的冷却是短暂的,是由物体内部不均匀的温度变化引起的,比如对流或传导。因此,温度变化不像第一种情况那样均匀,但我们假设,通过不均匀的温度变化,弹性体从500C上升到25C。

现在,身体会有热应力吗?

谢谢,

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Jayadeep U. B。的图片

亲爱的Shrimad,

当存在自由热膨胀或热收缩的约束时,就会产生热应力。假设各向同性弹性材料,当热应力产生时,有三种常见的情况(或它们的组合):

  1. 当物体受到外部约束时,它就会发生温度变化。
  2. 当发生温度变化的物体由不同热膨胀系数(内约束)的材料制成时。
  3. 均匀体的非均匀温度分布(内部约束)。

然而,即使温度分布不均匀,也不一定会产生热应力。例如,沿板坯厚度的线性温度变化,在其他方向上温度分布均匀,不会产生任何热应力。所以底线是:热应力是由于自由热膨胀/收缩的约束而产生的,我认为这个一般规则甚至适用于各向异性或非弹性体。

回答你的问题,在我看来,你所考虑的物体在初始和最终条件下不会有任何热应力,然而,在温度变化期间可能会产生热应力,这取决于存在的非均匀温度变化的类型。

希望这个评论是有帮助的。问候,

Jayadeep

我认为无论物体是均匀加热还是非均匀加热,都没有热应力,除非你施加一些约束。

想象一下,你把这个物体分成两半,由于这个物体的原表面没有约束,根据静力平衡,在物体的新表面上也不应该有任何应力。所以你可以看到在这个身体里没有压力。

你好,

非常感谢你的回复。我想我明白了,但我还是想澄清一下。

我在想,如果我通过非均匀温度分布冷却(最初是均匀温度,没有应力),然后通过加热的相同温度分布使其恢复到原来的温度,就不会有应力了。这是因为身体是有弹性的。

现在,当我把物体冷却到比如说室温,从初始的均匀温度到非均匀温度分布,物体内部的每一点都会根据这一点的温度不同而膨胀或收缩,因此在物体内部产生瞬时热应力。但我的疑问是,当整个身体达到室温时,这些应力是否会消失,或者这些短暂的应力是否会影响身体的最终应力状态/形状?

谢谢,

Shriram

Jayadeep U. B。的图片

嗨Shriram,

你在暗示剩余的可能性
压力(即使温度有变化)。为
你的问题中提到的条件,没有剩余的余地
压力。同时,请记住弹性响应是
独立于加载历史,并且应该只依赖于
初始(未变形)和最终配置。我相信
热应力也不例外。因此,如果应力期间
过程保持在弹性限度内,不会有任何变化
最终结构中的热应力。然而,如果屈服
在过程中的任何时刻发生,都可能出现锁定
最终结构中的应力

问候,

Jayadeep

你好,

我正在研究一个和你们讨论的类似的话题。据我所知,当我们加热/冷却一个物体时,主要是通过对流或辐射。在任何一种情况下,物体的外表面首先被加热/冷却,热量通过传导(取决于材料的导电性)传递到内部/外部。在从外部传导到内部或反之亦然的过程中,会产生瞬态热应力。在许多情况下,这些瞬态热应力可能导致零件的屈曲。这些瞬态热应力取决于加热样品的温度(接近键合温度)或加热样品的速率。这些瞬态热应力也取决于热膨胀的系数。由于材料的性质随温度变化(热膨胀系数),试样在不同位置的膨胀率也不同。

希望我解决了你的一些基本问题。如果我说错了,请纠正我。

问候,

——Gopi

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