lämpökuormitukseen

Lämpökuormitus tarkoittaa lämpötilamuutosten aiheuttamaa mekaanista kuormitusta, joka kohdistuu rakenteisiin, komponentteihin tai järjestelmiin. Lämpökuormituksen lähteitä ovat ulkoinen ympäristö ja auringon säteily sekä sisäiset prosessit, jotka tuottavat lämpöä. Muutokset voivat olla pysyviä, tilapäisiä tai toistuvia (syklisiä).

Periaatteessa lämpötilamuutos aiheuttaa lämpölaajenemista. Kun lämpötilamuutos deltaT kohdistuu materiaaleihin, jotka ovat kiinni toistensa suhteen, syntyy lämpöjännityksiä. Lämpölaajenemiskerroin alpha määrittelee pituuden muutoksen deltaL = alpha * L0 * deltaT. Lämpöjännitys voidaan arvioida, jos rakenne on rajoitettu, esimerkiksi sigma_th = E * alpha * deltaT.

Mitoitus ja analyysi: Lämpökuormitusta hallitaan suunnittelussa käyttämällä lämpöanalyyseja, lämpötila- ja jännitysmalleja sekä usein FEM- ja termisiä simulointeja. Tarvitaan sekä staattisia että siirtymä- ja syklistä kuormitusta kuvaavia tietoja. Mittaukset ja todelliset lämpötilatiedot parantavat mallin luotettavuutta.

Sovellukset: rakennukset, putkistot ja prosessilaitteet sekä elektroniikka ja sähkönjakelujärjestelmät ovat alttiita lämpökuormitukselle. Esimerkkejä ovat rakennusten kiinnityksen lämpölaajenemat ja liittymät, putkistojärjestelmien laajenemismuutokset sekä laitteiden jäähdytyksen aiheuttama kuormitus.

Suunnittelun ratkaisut: eristys ja lämmönjohtavuuden hallinta, lisävarat liitoksissa, ilmanvaihto ja jäähdytys sekä vaiheittainen kuormituksen hallinta. Liittyvissä standardeissa huomioidaan lämpötilan hallinta, turvallisuus ja luotettavuus koko elinkaaren ajan.