varmfältsbelastningens

Varmfältsbelastningen avser den mekaniska belastningen och deformationen som uppstår när temperaturfältet inom en kropp är ojämnt fördelat. Temperaturgradienter gör att olika delar av materialet vill expandera med olika hastigheter, och om expansionen inte kan ske fritt uppstår interna spänningar och ofta deformationer som böjning eller vridning. Begreppet används inom mekanik, konstruktion och materialvetenskap för att beskriva effekterna av termisk ojämnhet.

Mekanismer och beräkningar: Den termiska komponenten av belastningen följer ε_th = α ΔT, där α är den termiska expansionskoefficienten och ΔT en temperaturändring. Om expansionen begränsas uppstår spänningar som styrs av geometri och gränsvillkor; i en helt restrainerad kropp kan spänningarna uppskattas som σ ≈ E α ΔT, där E är Youngs modulus. I praktiken bestäms spänningarna av gräns- och stödförhållanden i konstruktionen.

Analys och tillämpningar: Varmfältsbelastningen analyseras vanligen med termisk–mekanisk finita elementanalys. Temperaturfält erhålls från värmeöverföringsproblem och kopplas till elasticitetsproblem. Tillämpningar finns i motorer, turbiner, byggkonstruktioner, elektronikpaket och andra system som utsätts för snabba eller lokala temperaturförändringar.

Förebyggande åtgärder och konsekvenser: För att minimera varmfältsbelastningen används temperaturutjämning, expansionsfogar, materialval med liknande α och geometriska lösningar som minimerar differential expansion. Långvarig termisk cykling kan ge restspänningar, sprickor och nedsatt livslängd.

Mätning och övervakning: Temperaturdata från termoelement och termografi kombineras med sensorer som mäter deformation och spänningar (strain gauges, DIC) för att bedöma varmfältsbelastningen i en konstruktion.