Calcolatore della deformazione termica libera

Inserisca il coefficiente di dilatazione termica lineare del materiale e la variazione di temperatura; lo strumento applicherà ε_th = αΔT. Il risultato viene espresso come rapporto di deformazione, percentuale e microdeformazione, così da agevolare i calcoli ingegneristici. I risultati positivi indicano dilatazione libera, quelli negativi contrazione libera. Il calcolo presuppone che il materiale sia privo di vincoli e che il coefficiente rimanga costante nell'intervallo termico indicato.

Che cosa rappresenta la deformazione termica libera

La deformazione termica descrive quanto cambierebbe la lunghezza di un materiale rispetto a quella iniziale quando varia la temperatura e nulla ne impedisce il movimento. Poiché è il rapporto tra variazione di lunghezza e lunghezza iniziale, la deformazione non possiede un'unità fisica. Un valore di 0.0006 significa che ogni metro si allungherebbe liberamente di 0.0006 metro nelle condizioni indicate; lo stesso rapporto vale per millimetri, pollici o qualsiasi altra unità di lunghezza coerente. Il calcolatore esprime inoltre il risultato come percentuale e microdeformazione, dove una microdeformazione equivale a un milionesimo di deformazione. Il segno ha un significato fisico. Un coefficiente positivo associato al riscaldamento produce deformazione positiva, mentre il raffreddamento produce deformazione negativa. I materiali con coefficiente di dilatazione termica negativo invertono questa risposta abituale. Il calcolo riguarda soltanto la deformazione libera. Non prevede forza o tensione, perché queste compaiono solo quando vincoli, componenti adiacenti, appoggi o condizioni di compatibilità contrastano la variazione dimensionale naturale.

Come inserire il coefficiente e la variazione di temperatura

Inserisca il coefficiente di dilatazione termica lineare come valore reciproco della temperatura, normalmente in 1/K. Le tabelle dei materiali pubblicate riportano spesso la stessa grandezza in µm/(m·K) o ppm/K. Queste forme equivalgono numericamente alla microdeformazione per kelvin; occorre quindi convertirle in 1/K prima dell'inserimento: per esempio, 12 ppm/K diventa 0.000012 1/K. Inserisca la variazione di temperatura come temperatura finale meno temperatura iniziale. Un aumento da 20 °C a 70 °C è pertanto +50 °C, mentre una diminuzione da 70 °C a 20 °C è −50 °C. Gli intervalli in kelvin e gradi Celsius hanno la stessa ampiezza numerica, quindi è possibile usare entrambi per ΔT se il coefficiente è espresso per kelvin o per grado Celsius. Non inserisca una temperatura assoluta al posto della variazione. Il calcolatore accetta coefficienti e variazioni negativi, poiché entrambi possono descrivere casi reali. Richiede numeri finiti e rifiuta valori mancanti, testo non numerico, infinito e prodotti esterni all'intervallo numerico finito.

Ipotesi, interpretazione e passaggi successivi

La formula ε_th = αΔT presuppone una variazione uniforme di temperatura, un coefficiente costante nell'intervallo e una direzione del materiale rappresentata dal coefficiente inserito. Queste ipotesi sono adatte a molti calcoli preliminari su intervalli termici moderati. Possono risultare insufficienti vicino alle transizioni di fase, su intervalli molto ampi oppure per compositi e materiali anisotropi la cui dilatazione dipende dalla direzione. In tali casi, usi dati specifici per direzione e, quando α varia con la temperatura, integri il coefficiente lungo il percorso termico invece di moltiplicare un solo valore costante. La deformazione termica libera non coincide inoltre con la deformazione totale misurata in un componente caricato: possono contribuire deformazione meccanica, scorrimento viscoso, ritiro e altri effetti. Se Le occorre la variazione effettiva di lunghezza, moltiplichi il rapporto di deformazione per la lunghezza iniziale. Se la dilatazione è totalmente o parzialmente impedita, un'analisi strutturale o delle tensioni termiche deve considerare rigidezza, condizioni al contorno, geometria e comportamento del materiale. Usi questo risultato come componente termica non vincolata di un'analisi più ampia, non come previsione autonoma della tensione.