技術資料

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構造解析用語
熱応力 (thermal stress)


 物体は熱を受けると、その体積が増加します。一方、冷却すると逆に体積が減少します。しかし、物体の拡大も縮小もないように拘束すると、物体の内部には、この拘束に抵抗する耐力が発生することになります。例えば、細い円形断面の金属棒を拘束なしで熱を加えると自由に長さ方向に伸びます。

 しかし、この金属棒を長さ方向に伸びないように両端を拘束した状態で熱を加える場合、金属棒は拘束している物体に力を加えます。一方、拘束している物体も金属棒に同じ大きさの反力を加えることになります。その結果、金属棒は外部からの力を受ける状態と同じとなり、内部に抵抗する耐力が発生することになります。

 そして、金属棒の単位面積当たりの抵抗力を熱応力と呼んでいます。熱応力の大きさは、熱を受ける物体の固有の材料特性である熱膨張係数(thermal expansion coefficient)と温度上昇に比例します。物体が自由に膨張、または、収縮する場合には、熱応力は発生しません。しかし、物体が拘束されていなくても、物体全領域での温度分布が一定ではないため、このような温度勾配により内部に熱応力が発生することになります。最も代表的な例として、溶接後の物体の内部に残る残留熱応力(residual thermal stress)があります。


 
 
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