熱膨脹和熱應(yīng)力之間的那點事兒！

　　熱膨脹與熱應(yīng)力之間的關(guān)系？

　　熱膨脹產(chǎn)生熱應(yīng)力：

　　隨著結(jié)構(gòu)體積的增加，固體單元會承受更高水平的應(yīng)力。熱應(yīng)力會對固體結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性產(chǎn)生很大的影響，并可能使某些組件出現(xiàn)裂紋或斷裂。這些故障會破壞結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計，從而導(dǎo)致潛在的強度減弱和變形。

　　焊接殘余應(yīng)力便是眾多例子中的一個。在焊接過程中，將金屬部件的表面熔化并將它們放在一起，這樣就能在部件之間形成黏接，當(dāng)材料再次固化后，它們便會焊接在一起。焊接后的裝配結(jié)構(gòu)在冷卻過程中，由于熱膨脹系數(shù)不同，某些焊接區(qū)域比其他區(qū)域的收縮更大，這就導(dǎo)致焊接區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生了殘余應(yīng)力。

　　支架在外加溫度（紅色）作用下產(chǎn)生應(yīng)力，在應(yīng)力最大的區(qū)域，支架發(fā)生變形。

　　在設(shè)計中考慮熱膨脹：

　　在設(shè)計過程中，我們必須考慮熱膨脹以及由此產(chǎn)生的應(yīng)力，才能實現(xiàn)材料性能。為此，我們需要研究傳熱與結(jié)構(gòu)力學(xué)之間的關(guān)系，并將結(jié)構(gòu)的材料和位移場作為研究重點。

　　以伸縮縫為例。它們經(jīng)常被應(yīng)用在建筑物、橋梁和鐵路的設(shè)計中，用來幫助釋放因溫度升高而引起的內(nèi)部應(yīng)力。這些采用結(jié)構(gòu)件實現(xiàn)分離的設(shè)計對位移進(jìn)行了補償，在減少結(jié)構(gòu)組件受到的熱應(yīng)力以及結(jié)構(gòu)裂縫控制方面起著至關(guān)重要的作用。

　　然而，某些設(shè)計方案卻需要利用熱膨脹及其產(chǎn)生的應(yīng)力。在一種稱為熱配合的過程中，通過將一個外部組件加熱到膨脹點，從而使其與對應(yīng)的內(nèi)部組件實現(xiàn)裝配。這種加熱技術(shù)形成的連接，可以將兩個單獨的零件固定在一起。當(dāng)兩個組件達(dá)到相同的溫度時，連接強度會變得更高。