Termomekaniske

Termomekaniske fenomener refererer til samspillet mellom termiske og mekaniske krefter i materialer og strukturer. Temperaturendringer får materialer til å ekspandere eller trekke seg sammen, noe som kan skape mekaniske spenninger og deformasjoner. Omvendt påvirker mekaniske belastninger og grenseflater varmeflyt og termiske egenskaper slik som varmeledning, varmekapasitet og termisk motstand. Feltet dekker både grunnfag og tekniske anvendelser der temperatur og mekaniske krav er tett knyttet sammen.

Nøkkelbegreper inkluderer termisk ekspansjon, termiske spenninger, varmeledning og thermoelasticitet. I sammensatte materialer oppstår termomekaniske effekter ved forskjeller i termisk ekspansjonskoeffisient mellom lagene, noe som fører til spenninger og potensielle skader. I tillegg omfatter feltet tidsavhengige og ikke-lineære responser som viskoelastisitet og plastisering under temperaturvariasjon.

Teori og modellering: thermoelasticitet beskriver lineær kobling mellom temperaturfelt og mekanisk respons i små deformationsforhold. Mer avanserte modeller inkluderer termoplastisk oppførsel og visko-elastiske behandlinger som håndterer tidsavhengighet og hysterese. Modellering bruker ofte finite element-metodikk for å simulere kombinerte termiske og mekaniske laster og spenninger i komplekse geometrier og grensesnitt mellom materialer.

Anvendelser: termomekaniske vurderinger er sentrale i design av komponenter utsatt for temperatursvingninger, som fly- og romfartskomponenter, turbiner, elektronikkpakker og byggkonstruksjoner. Det er også viktig i geovitenskap og materialforskning for å evaluere yteevnen til legeringer, polymerer og kompositter under varmekjøling eller -oppvarming.

Måling og testing: metoder som dilatometri, termisk mekanisk analyse (TMA) og dynamisk mekanisk analyse (DMA) ved forskjellige temperaturer brukes for å kvantifisere ekspansjon, stivhet og dissipation, mens andre teknikker kartlegger temperaturavhengige grenseflater og spenninger.