Lämpöshokki

Lämpöshokki, eli lämpöshoki, kuvaa tilannetta, jossa materiaali kokee äkillisen lämpötilamuutoksen, mikä aiheuttaa sisäisiä jännitteitä. Tällainen jännitys voi johtua suuresta lämpötilagradientaerasta kappaleen sisällä tai sen ympäristötilan äkillisestä vaihtelusta. Kun jännitys ylittää materiaalin lujuuden tai murtovakavuuden, syntyvät halkeamat, kuoriutumista, epäjatkuvuuksia tai jopa kappaleen rikkoutuminen.

Mekanismin kannalta lämpöshokki johtuu eroista lämpötilan muutoksen nopeudessa ja aineen kyvyssä siirtää lämpöä. Tärkeitä tekijöitä ovat lämpötilavaihtelun suuruus (ΔT), muutoksen nopeus sekä materiaalin ominaisuudet, kuten lämpölaajenemiskerroin, lämmönjohtavuus, lämpökapasiteetti ja murtovoima. Suuret tai epätasaiset lämpötilan muutokset sekä olemassa olevat viat, geometria ja rajat vaikuttavat jännityskenttään.

Esimerkkejä ja vaikutuksia: lasin astiat, keramiikka ja betonituotteet voivat haljeta tai lohkeilla, jos kuuma neste altistuu kylmälle pinnalle tai päinvastoin. Lisäksi lämpöshokki voi aiheuttaa pintakerroksen kuumenemista suuremmaksi kuin sisäosan, mikä johtaa kuorimiseen, halkeiluun tai pullistumiseen. Käytännössä ilmiö on merkittävä sekä arkkitehtuurissa, kuljetuksessa että teollisissa prosesseissa.

Vahinkojen ehkäisyyn käytetään sekä suunnittelumenetelmiä että testausmenetelmiä. Viilennys- ja lämmitysprosessien hallinta, kuten asteittainen lämpötilan säätö, lämmöneristys ja lämpötilan tasaaminen, vähentävät lämpöshokin riskiä. Materiaaleja valittaessa huomioidaan pieni lämpölaajenemiskerroin, korkea murtokestävyys tai käytetään gradienttipiirteisiä/monikerroksisia rakenteita sekä lämpöeristeitä. Lämpöshokkitestit, kuten nopea kylmäys- tai kuumennyskierros, arvioivat materiaalin vastustuskykyä. Lämpöshokki on yleinen huomioon otettava tekijä materiaalien suunnittelussa ja käytössä.