thermomechanischer

Thermomechanischer Zusammenhang bezeichnet die Kopplung von Temperatur- und mechanischen Feldern in Materialien, Bauteilen und Prozessen. Er beschreibt Phänomene, bei denen Temperaturänderungen mechanische Spannungen, Verformungen oder Kräfte erzeugen oder umgekehrt mechanische Arbeit Wärme erzeugt oder transportiert.

Die Thermomechanik verbindet Mechanics und Wärmeübertragung. Zentrale Konzepte sind die Koeffizienten der thermischen Ausdehnung, Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit sowie die Kopplung zwischen dem Wärmefluss und der mechanischen Belastung. In einfachen Modellen wird oft von linearer Thermoelastizität gesprochen, die Temperaturänderungen als Ursache für Spannungen berücksichtigt.

Zu typischen Effekten gehören die Längenausdehnung bei Temperaturwechsel, die Entstehung von Rest- oder Betriebsspannungen in Bauteilen, temperaturgetriebene Verformungen sowie thermoelastische Dämpfung, bei der mechanische Energie durch Wärme verloren geht.

Anwendungen finden sich in Maschinenbau, Flug- und Raumfahrt, Elektronik, Optik und Mikro- und Nanostrukturtechnik (MEMS/NEMS). Thermomechanische Phänomene beeinflussen die Lebensdauer von Bauteilen, die Genauigkeit von Mess- und Anzeigeeinrichtungen sowie das Verhalten von Materialien während Verarbeitung wie Sintern oder Abkühlung.

Methoden umfassen experimentelle Techniken zur Bestimmung thermischer und mechanischer Eigenschaften (z. B. Thermische Ausdehnung, Wärmeleitfähigkeit, Thermomechanische Analyse) sowie rechnerische Modelle mit der Finite-Elemente-Methode, die Wärme- und Mechanikfelder koppeln. Dadurch lassen sich Spannungen, Verformungen und Wärmeverteilung prognostizieren.