Πώς αντισταθμίζετε την επέκταση των στερεών;
Κατανόηση της θερμικής επέκτασης
* Τα βασικά: Όλα τα στερεά επεκτείνονται όταν θερμαίνονται και συστέλλονται όταν ψύχονται. Αυτό οφείλεται στην αυξημένη δόνηση των ατόμων μέσα στο υλικό, προκαλώντας τους να καταλάβουν περισσότερο χώρο.
* Παράγοντες που επηρεάζουν την επέκταση:
* Υλικό: Τα διαφορετικά υλικά επεκτείνονται με διαφορετικούς ρυθμούς. Ο χάλυβας επεκτείνεται περισσότερο από το αλουμίνιο, για παράδειγμα.
* Αλλαγή θερμοκρασίας: Όσο μεγαλύτερη είναι η αλλαγή της θερμοκρασίας, τόσο μεγαλύτερη είναι η επέκταση.
* Πρωτότυπο μέγεθος: Τα μεγαλύτερα αντικείμενα επεκτείνονται περισσότερο από μικρότερα, ακόμη και με την ίδια αλλαγή θερμοκρασίας.
Στρατηγικές αποζημίωσης
1. Σχεδιασμός Σχεδιασμός:
* κενά επέκτασης: Αφήστε σκόπιμα κενά σε δομές ή εξαρτήματα για να επιτρέψετε την επέκταση και τη συστολή. Αυτό παρατηρείται συνήθως σε καταστρώματα γέφυρας, σιδηροδρομικές γραμμές και κατασκευές προσόψεων.
* Ευέλικτες συνδέσεις: Χρησιμοποιήστε ευέλικτα υλικά ή συνδέσεις για να φιλοξενήσετε την επέκταση και να αποτρέψετε τη συσσώρευση στρες. Αυτό μπορεί να περιλαμβάνει αρθρώσεις επέκτασης σε δρόμους, φυσητήρες σε σωλήνες ή ευέλικτες συζεύξεις σε μηχανήματα.
* Προ-στρώμα: Σε ορισμένες περιπτώσεις, τα υλικά είναι σκόπιμα προ-αντισταθμισμένα για να εξουδετερώσουν την επέκταση. Αυτό μπορεί να γίνει εφαρμόζοντας ένταση σε δομές όπως οι γέφυρες για την πρόβλεψη της θερμικής διαστολής.
2. Επιλογή υλικών:
* Υλικά χαμηλής θερμικής διαστολής: Επιλέξτε υλικά που έχουν χαμηλό συντελεστή θερμικής διαστολής (CTE) για εφαρμογές όπου είναι επιθυμητή ελάχιστη επέκταση. Παραδείγματα περιλαμβάνουν:
* Invar (κράμα νικελίου-σιδήρου): Γνωστή για εξαιρετικά χαμηλή θερμική διαστολή.
* κεραμικά: Πολλά κεραμικά έχουν χαμηλά ποσοστά επέκτασης.
* σύνθετα υλικά: Κατασκευασμένο για να διαθέτει συγκεκριμένες ιδιότητες επέκτασης.
3. Έλεγχος θερμοκρασίας:
* μόνωση: Η μείωση της διαφοράς θερμοκρασίας σε μια δομή ή ένα συστατικό μπορεί να μειώσει σημαντικά την επέκταση.
* Συστήματα ψύξης: Η χρήση συστημάτων ψύξης για τη διατήρηση μιας σταθερής θερμοκρασίας μπορεί να αποτρέψει την υπερβολική επέκταση.
4. Μηχανισμοί αντιστάθμισης:
* Διμεταλικές λωρίδες: Κατασκευασμένο από δύο διαφορετικά μέταλλα με διαφορετικά CTE. Καθώς αλλάζει η θερμοκρασία, η λωρίδα κάμπτεται λόγω άνισης επέκτασης, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ενεργοποιήσει τους διακόπτες ή τις συσκευές ελέγχου.
* βρόχοι επέκτασης: Χρησιμοποιείται σε σωλήνες και άλλα συστήματα για να φιλοξενήσει την επέκταση δημιουργώντας ένα βρόχο που επιτρέπει την κίνηση.
Παραδείγματα
* Bridges: Τα κενά επέκτασης ενσωματώνονται σε καταστρώματα γέφυρας για να επιτρέπουν την κίνηση λόγω αλλαγών θερμοκρασίας.
* Σιδηροδρομικές διαδρομές: Τα μικρά κενά μεταξύ των σιδηροτροχιών επιτρέπουν την επέκταση και τη συστολή χωρίς λυγισμό.
* Συστήματα σωληνώσεων: Οι βρόχοι επέκτασης χρησιμοποιούνται για να φιλοξενήσουν επέκταση σε μακριούς αγωγούς.
* Όργανα ακρίβειας: Το Invar χρησιμοποιείται σε όργανα όπου η ελάχιστη επέκταση είναι κρίσιμη.
Βασικά σημεία
* Η κατανόηση του συντελεστή θερμικής επέκτασης (CTE) για τα χρησιμοποιούμενα υλικά είναι απαραίτητη.
* Η ειδική στρατηγική αποζημίωσης θα εξαρτηθεί από την εφαρμογή, το εύρος θερμοκρασίας και τις ιδιότητες του υλικού.
* Οι λεπτομερείς υπολογισμοί σχεδιασμού και μηχανικής είναι απαραίτητοι για να εξασφαλιστεί η σωστή αποζημίωση για τη θερμική επέκταση.
