laajenemismuutokset

Laajenemismuutokset tarkoittavat kappaleen tai rakenteen koon, pituuden tai tilavuuden muutoksia ulkoisten olojen vaikutuksesta. Yleisimmin puhutaan lämpölaajenemisesta, jossa lämpötilan nousu saa aineen laajenemaan; lämpötilan lasku puolestaan pienentää sitä. Laajenemismuutokset voivat olla lineaarisia (pituus), areaalisia (pinta-ala) tai tilavuudellisia, riippuen aineen ominaisuuksista ja mittausnäkökulmasta.

Keskeisiä käsitteitä ovat lineaarinen lämpölaajenemiskerroin α ja tilavuuslaajenemiskerroin β. Pienillä ΔT: ΔL = α L0 ΔT ja ΔV = β V0 ΔT. Isotropisissa materiaaleissa β ≈ 3α, mutta epälineaariset tai anisotrooppiset materiaalit voivat poiketa tästä.

Sovelluksissa laajenemismuutokset otetaan huomioon suunnittelussa ja käytännön toteutuksessa. Rakenteissa ja koneissa ne vaikuttavat liitoksiin ja toleransseihin sekä siihen, ettei synny liiallisia jännitteitä tai muodonmuutoksia esimerkiksi lämpötilavaihtelujen vuoksi. Esimerkkejä ovat sillan ja raiteiston laajennusliitokset sekä rakennus- ja konemateriaaleissa tapahtuvat erisuuruiset laajenemiset.

Mittaus ja mallinnus: dilatometrit, termomekaaninen analyysi (TMA) ja interferometria mittaavat pituuden tai tilavuuden muutoksia. Laajenemismuutoksia voidaan mallintaa käyttämällä materiaalin lämpötilariippuvuutta sekä mahdollisia rajoituksia ja jännityksiä. Ymmärrys ilmiöstä parantaa turvallisuutta, luotettavuutta ja suorituskykyä monissa sovelluksissa.