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自由熱ひずみ計算機｜線膨張係数と温度変化から算出

熱ひずみ計算機は、均一な温度変化によって生じる自由な長さ変化を、元の長さに対する無次元の比として求めます。材料の線膨張係数と温度変化を入力すると、ε_th = αΔT を適用します。結果は、工学計算で扱いやすいように、ひずみ比、百分率、マイクロストレインで表示されます。正の値は自由膨張、負の値は自由収縮を示します。この計算では、材料が拘束されておらず、指定した温度範囲で膨張係数が一定であると仮定します。

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自由熱ひずみが表すもの

熱ひずみは、温度が変化したときに動きを妨げるものがない場合、材料の長さが元の長さに対してどれだけ変わるかを表します。長さの変化量を元の長さで割った比であるため、ひずみには物理単位がありません。0.0006 という値は、指定条件のもとで1メートル当たり 0.0006 メートル自由に伸びることを意味します。同じ比率は、ミリメートル、インチ、その他の一貫した長さ単位にも適用できます。本計算機は、結果を百分率とマイクロストレインでも示します。1マイクロストレインはひずみの100万分の1です。符号には物理的な意味があります。正の係数を持つ材料を加熱すると正のひずみとなり、冷却すると負のひずみとなります。負の熱膨張係数を持つ材料では、この通常の応答が逆になります。この計算が対象とするのは自由変形だけです。拘束部、隣接部品、支持部、または適合条件が自然な寸法変化を妨げて初めて力や応力が生じるため、本計算だけでそれらを予測することはできません。

係数と温度変化の入力方法

線膨張係数は温度の逆数として入力し、通常は 1/K を使用します。公開されている材料表では、同じ量が µm/(m·K) または ppm/K で示されることもよくあります。これらは数値上、1ケルビン当たりのマイクロストレインに相当するため、入力前に 1/K へ変換してください。たとえば、12 ppm/K は 0.000012 1/K です。温度変化は、最終温度から初期温度を引いた値として入力します。20 °C から 70 °C への上昇は +50 °C、70 °C から 20 °C への低下は −50 °C です。ケルビンと摂氏度の温度差は数値が同じなので、係数が1ケルビン当たりまたは1摂氏度当たりであれば、ΔT にはどちらも使用できます。変化量の代わりに絶対温度を入力しないでください。負の係数や負の温度変化も実在する条件を表すため、入力できます。有限数のみを受け付け、未入力、数値でない文字列、無限大、および有限数の範囲を超える積は拒否します。

前提条件、結果の解釈、次の手順

式 ε_th = αΔT は、温度変化が均一であること、対象範囲で係数が一定であること、入力した係数が対象とする材料方向に対応していることを前提とします。これらの前提は、中程度の温度範囲における多くの概算に適しています。しかし、相転移の近傍、非常に広い温度範囲、または膨張が方向に依存する複合材料や異方性材料には不十分な場合があります。その場合は方向別のデータを使用し、α が温度とともに変化するなら、一定値を掛けるのではなく温度経路に沿って係数を積分してください。また、自由熱ひずみは、荷重を受ける部材で測定される全ひずみと同じではありません。機械ひずみ、クリープ、収縮などが加わる可能性があります。実際の長さ変化が必要な場合は、ひずみ比に元の長さを掛けます。膨張が全部または一部拘束される場合、構造解析または熱応力解析では、剛性、境界条件、形状、材料挙動を考慮する必要があります。この結果は、より広い解析に用いる非拘束の熱成分として扱い、単独の応力予測には使用しないでください。

活用例

加熱部材の自由変形を確認

棒、レール、配管、フレーム部材の予想長さ変化へ換算する前に、拘束のないひずみ比を求めます。

熱応力モデルを準備

構造解析において、支持部、接合部、隣接材料が一部または全部を拘束し得る自由熱ひずみを計算します。

候補材料を比較

同じ加熱または冷却の温度範囲に対し、異なる膨張係数によって生じるひずみを比較します。

よくある質問

どの式を使用しますか？

ε_th = αΔT を使用します。α は線膨張係数、ΔT は最終温度から初期温度を引いた値です。

熱ひずみは無次元ですか？

はい。長さの変化量を元の長さで割った値です。百分率とマイクロストレインは、同じ無次元比を尺度を変えて示したものです。

温度変化に摂氏度を使えますか？

はい。温度差の数値は摂氏度でもケルビンでも同じです。1摂氏度当たりまたは1ケルビン当たりの係数と組み合わせてください。

結果が負になるのはなぜですか？

負の結果は自由収縮を表します。一般に、正の膨張係数を持つ材料の冷却時、または負の膨張特性を持つ材料の加熱時に生じます。

熱応力も計算できますか？

いいえ。計算するのは拘束のない熱ひずみです。応力は部材の拘束方法に加え、剛性、形状、境界条件に左右されます。

API リクエストの料金はいくらですか？

API の料金は1リクエスト当たり $0.002 です。ブラウザー版は端末内で無料実行できます。

開発者向け — APIアクセス

このページの機能はすべてAPIからも利用できます。自社システムに組み込みたいチーム向けのセクションです。それ以外の方は上のツールをそのままお使いください。

エンドポイント

POSThttps://api.kit.forhosting.com/eng/thermal-strain

Bearerトークンで認証し、POST1回でタスクをキューに登録します。結果はWebhookまたは署名付きリンクで受け取れます。

お使いのスタックから呼び出す

curl -X POST https://api.kit.forhosting.com/eng/thermal-strain \
  -H "Authorization: Bearer $KIT_KEY" \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d '{"expansion_coefficient":0.000012,"temperature_change":50}'

const res = await fetch("https://api.kit.forhosting.com/eng/thermal-strain", {
  method: "POST",
  headers: {
    "Authorization": `Bearer ${process.env.KIT_KEY}`,
    "Content-Type": "application/json"
  },
  body: JSON.stringify({
    "expansion_coefficient": 0.000012,
    "temperature_change": 50
  })
});
const { task_id } = await res.json();

import os, requests

res = requests.post(
    "https://api.kit.forhosting.com/eng/thermal-strain",
    headers={"Authorization": f"Bearer {os.environ['KIT_KEY']}"},
    json={
    "expansion_coefficient": 0.000012,
    "temperature_change": 50
},
)
task_id = res.json()["task_id"]

<?php
$res = file_get_contents("https://api.kit.forhosting.com/eng/thermal-strain", false, stream_context_create([
  "http" => [
    "method"  => "POST",
    "header"  => "Authorization: Bearer " . getenv("KIT_KEY") . "\r\nContent-Type: application/json",
    "content" => '{"expansion_coefficient":0.000012,"temperature_change":50}',
  ],
]));
$task = json_decode($res, true);

body := bytes.NewBufferString(`{"expansion_coefficient":0.000012,"temperature_change":50}`)
req, _ := http.NewRequest("POST", "https://api.kit.forhosting.com/eng/thermal-strain", body)
req.Header.Set("Authorization", "Bearer "+os.Getenv("KIT_KEY"))
req.Header.Set("Content-Type", "application/json")
res, _ := http.DefaultClient.Do(req)

リクエスト例

{
  "expansion_coefficient": 0.000012,
  "temperature_change": 50
}

レスポンス例

{
  "task_id": "tsk_a1b2c3d4e5f6a1b2c3d4e5f6",
  "type": "eng.thermal_strain",
  "status": "queued",
  "_links": {
    "result": "/tasks/tsk_…/result"
  }
}

非同期APIです。task_idは即時に返ります。ポーリングは1秒あたり1リクエストまでです。

料金

1リクエストあたり$0.002

単価はすべて公開しています。トークン換算や独自クレジットはありません。失敗したタスクは課金されません。

エラー

HTTP	コード	意味
`401`	`unauthorized`	APIキーが無効か、指定されていません。Authorizationヘッダーを確認してください。
`402`	`insufficient_balance`	残高が不足しています。チャージ後に再度お試しください。
`404`	`unknown_type`	指定されたタスクタイプは存在しません。タイプ名を確認してください。
`429`	`rate_limited`	リクエストが多すぎます。しばらく待ってから再度お試しください。

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