このツールについて
熱膨張計算ツールは、部品が温度変化でどれだけ伸び縮みするか、また部品が剛に固定されて膨張できない場合に生じる応力を任意で計算します。材料を選ぶか — またはカスタム係数を入力 — 長さ・面積・体積のいずれを膨張させるかを選び、元の寸法と温度変化を入力すると、寸法変化と新しい寸法を返します。すべてブラウザ内で動作します。
線膨張は ΔL = α·L₀·ΔT に従い、新しい長さ L₀·(1 + α·ΔT) を与えます。αは線膨張係数です。面膨張はおよそ2α、体積膨張は3αを使うので、ツールは選んだ寸法タイプに応じて線ひずみを1、2、3倍します。内蔵の係数は10⁻⁶ /°Cの単位で、鋼12、鋳鉄11、ステンレス17、アルミ23、銅17、真鍮19、チタン8.6、コンクリート12、ガラス9、PVC 50です。温度変化は°Cまたは°Fで入力できます(°Fの差分は5/9で換算されます)。弾性係数を入力すると、完全拘束の熱応力 σ = E·α·ΔT がMPaとpsiで報告されます。
計算例として、1000 mmの鋼棒を80 °C加熱すると 12 × 10⁻⁶ × 1000 × 80 = 0.96 mm 膨張し、1000.96 mmに達します。同じ棒を剛に締め付けて伸びられないようにすると、E = 200 GPaでの圧縮熱応力は 200,000 × 12 × 10⁻⁶ × 80 ≈ 192 MPa になります。だから橋、レール、配管はまさにこの応力を逃がすために伸縮継手やループを必要とするのです。