برای این ساعت از سایت مقالات دانشجویی , شرح مقاله ای انگلیسی همراه با ترجمه فارسی با عنوان تنش حرارتی رامنتشر میکنیم که با استفاده از بروز ترین مدلها به بررسی تاثیرات حرارت بر روی سیستممتابولیسمبدن میپردازد که خواندن آن خالی از لطف نیست.

تنش حرارتی

Heat stress

Professor M.  Shakeri

Professor A.  Saduq Vanini

Associate Professor S.M.  Rezaei

Professor H. Basirat Tabrizi

Associate Professor M. Mohammadi Aghdam

Associate Professor I.  Sattarifar

And adjunct researchers are appointed by TCE :

Professor S. J.  Fariborz

Associate Professor M.  Sedighi

The areas of research field are defined so far as follows:

1.      Generalized coupled thermoelasticity of a layer

2.      Themoelastic analysis of an annular using the Green- Nachdi model

3.      Diffusion bonding between a reactive metal and austenitic stainless steel

4.      Implementation of Dual-Phase lag model at different Knudsen numbers within slab heat transfer

5.      Stndy on welding residual stresses in large pressure vessel

6.      Thermo-Elassto-Viscoplasticity of semisolid materials

7.      Design and installation of a test rig for plate under dynamic and Thermal loads.

Thermal stress is stress arising from temperature effects. When a material is subjected to a temperature gradient, the various fibers tend to expand different amounts. To enable the body to remain continuous, a system of thermal strains and associated thermal stresses may be introduced which is dependent on the shape of the body and the temperature distribution. Thermal stress may result even in cases where no temperature gradient exists if free expansion is prevented by external constraints, if one part consists of several materials having different coefficients of expansion, or if inhomogeneities in the microstructure of the material are present.

The thermal stresses alone and in combination with the mechanical stresses produced by the external forces can give rise to cracks and rupture in components containing brittle materials.

Some materials become brittle when thermal stresses appear quickly as the result of a high temperature gradient in an unsteady temperature field; it is said that they can not withstand thermal shock. The repeated action of thermal stresses leads to thermal fatigue in machine parts. Thermal stresses can be considerable plastic strains leading to complete or progressive destruction of the structure. Such stresses can also lead tothermal buckling in thin-walled structures.

When the thermal stress is generated by sudden changes in temperature, the process is referred to as thermal shock. Sudden changes in environment temperature or in internal heat generation- electrical or nuclear- are examples of thermal shock. Although thermal shock stresses are determined by the temperature distribution-and are little different from what they would be if the same temperature distribution could be obtained in the steady-state condition- such stresses are often greater than those due to slow heating and cooling because of the steeper temperature gradients that can be generated in this way. Another distinction between ordinary thermal stress and thermal shock is that in thermal shock the rate of application of the stress is very rapid. Many materials are affected by the rate at which load is applied. Some materials are embrittled by rapid application of stress and therefore may not be able to withstand a thermal-shock stress which they could readily absorb if it were slowly applied.

Although brittle materials may fail in one cycle of thermal stress application, ductile materials usually require a number of repeated cycles of stress before fracture is generated. Failure under repetitive application of thermal stress has been termed thermal stress fatigue.

Current interest in thermal stress arises chiefly because of the many engineering components which fail because of it. For instance, high-speed aircrafts, space vehicles and missiles, gas and steam turbines, jet motors, rockets chemical and nuclear reactors

are prey to this mode of failure. As aircraft speeds increase aerodynamic heating threatens the airframe structure with high thermal stress. And many a high-temperature oil refining plant has been taken out of service while repairs were made to oil lines broken by thermal stress. As a result of costly and catastrophic effects of thermal stress, many laboratories are engaged in extensive studies of this subject and much information has been generated that can be of practical value to those concerned with this problem.

با پیشرفت صنایع جدید و روشهای فرآوری به روز، بسیاری از ماشین‌ها و سازه‌ها با محیط دمایی   فوق العاده بالا مواجه هستند، که انواع مختلف بارگذاری‌های حرارتی را در پی خواهد داشت. این شرایط نیاز به بررسی‌های متمرکز تحلیل تنش‌های حرارتی را در پی داشته است.

از سال ۲۰۰۵ وزارت علوم،تحقیقات و فناوری دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی امیرکبیر را برای تمرکز در این زمینه تحقیقاتی برگزیده است.

هدف این مرکز تحقیق در زمینه گسترش حال حاضر این مطالعات است، با تأکید ویژه عواملی که مفید برای مهندسان طراح و عملگرا در اجتناب از آثار زیان آور تنش‌های حرارتی باشد.

اعضای مرکز عالی ترموالاستیسیته (TCE) از سوی وزارت علوم، تحقیقات و فناوری به قرار زیر منصوب شده اند:

-       آقای دکتر محمد رضا اسلامی

-       آقای دکتر محمود شاکری

-       آقای دکتر علی صدوق ونینی

-       آقای دکتر سید مهدی رضاعی

-       آقای دکتر حسن بصیرت تبریزی

-       آقای دکتر محمد محمدی اقدم

-       آقای دکتر ایرج ستاری فر

و همکاران دعوت شده گروه به قرار زیر می‌باشند:

-  آقای دکتر مجتبی صدیقی

-  آقای دکتر شهریار فریبرز

زمینه‌های تخصصی قطب علمی ترمو الاستیسیته دانشکدة مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی امیرکبیر بصورت زیر تعیین شده است:

ـ تجزیه و تحلیل سازه‌ها از نظر انتقال حرارت توسط هدایت با فرض Non- Fourier  و استفاده از مدل Lord-Shulman  و Green- Lindsay

ـ تجزیه وتحلیل سازه‌ها درمقابل ترک درجه حرارت و نیرو با فرضGeneralized Hermoelasticity

ـ بررسی و  مقایسه مدل‌های مخالف  Generalized Theory شامل مدل‌های Lord-Shulman  ، Green- Lindsay  و Green- Naghdi

ـ بررسی سازه‌های Functionally Graded Material (FGM)  درمقابل شوک‌های حرارتــی و مکانیکــی با مدل‌های Classical Coupled Thermoelasticity

- طرح و راه اندازی آزمایش ورق تحت بار دینامیکی و حرارتی

- ترموالاستو ویسکوپلاستیسیته ی فلزات در فاز نیمه – جامد

- تحلیل تنش‌های پسماند جوش در مخازن بزرگ تحت فشار به کمک روش المان محدود و فعالیتهای تجربی

تنش حرارتی

تنش حرارتی افزایش تنش در اثر تأثیرات دما است. وقتی یک ماده با تغییرات دما روبرو می‌شود لایه‌های مختلف ماده، مقادیر مختلفی انبساط پیدا می‌کند. برای حفظ پیوستگی ماده، یک سیستم تنش و کرنش حرارتی معرفی می‌شود که بستگی به شکل جسم و پخش دما در آن دارد.

تنش حرارتی همچنین می‌تواند حتی در هنگامی‌که تغییرات دما وجود ندارد بوجود آید، هنگامی‌که انبساط آزاد توسط قیدهای خارجی محدود می‌شود. این مورد هنگامی‌رخ می‌دهد که یک جسم از مواد مختلفی با ضرایب انبساط مختلف تشکیل شده و یا دارای نا همگنی در ریز ساختار باشد.

در اجزایی که از جنس مواد ترد هستند، این تنشهای حرارتی به اضافه تنش‌های مکانیکی حاصل از نیروهای خارجی می‌توانند باعث ایجاد ترک و شکست قطعه شوند.

برخی مواد هنگامی‌که تنش حرارتی در نتیجه تغییر زیاد ماده در یک بازده دمایی ناپایدار، سریع ایجاد شود، ترد می‌شوند. در این مواقع گفته می‌شود که این مواد نمی‌توانند شوک حرارتی را تحمل کنند. تأثیر پشت سرهم و تکرار تنش‌های حرارتی به خستگی حرارتی می‌انجامد. تنش‌های حرارتی می‌تواند همراه کرنش‌های پلاستیک قابل ملاحظه ای باشد که منجر به کامل یا از بین رفتن تدریجی ساختار شود. این تنش‌ها همچنین ممکن است منجر به کمانش حرارتی در سازه‌های جدار نازک شود.

هنگامی‌که یک تنش حرارتی در اثر تغییر دمای ناگهانی ایجاد می‌شود، این فرآیند به شوک حرارتی موسوم است. تغییرات ناگهانی در دمای محیط، در ایجاد گرمای داخلی( الکتریکی یا هسته ای ) نمونه‌هایی از شوک حرارتی هستند.

گر چه تنش‌های ناشی از شوک حرارتی با پخش دمایی تعیین شده و با تنش‌هایی که توسط شرایط پایدار ایجاد می‌شوند تفاوت اندکی دارند، این تنش‌ها عموماً از تنش‌هایی که توسط گرم کردن یا سرد کردن آهسته ایجاد می‌شوند به خاطر تغییرات دمای ملایم تر آنها، بزرگتر هستند. یک تفاوت بنیادی دیگر میان تنش‌های حرارتی عادی و شوکهای حرارتی این است که سرعت کار تنش بسیار زیاد است. بسیاری از مواد با سرعتی که نیرو اعمال می‌شودتأثیر می‌پذیرند. برخی از مواد با اعمال سریع تنش و بنابراین نمی‌توانند تنش حرارتی را تحمل کند در حالی که اگر همین تنش حرارتی به آرامی‌اعمال شود می‌توانند آنرا جذب کنند.

گر چه مواد ترد در یک چرخه تنش حرارتی اعمال شده دچار شکست می‌شوند، مواد نرم معمولاً به یک سری چرخه‌های تکرار شده تنش نیاز دارند تا دچار شکست شوند. شکست در اثر اعمال مکرر تنش حرارتی به عنوان خستگی تنش حرارتی شناخته می‌شود.

به خاطر اینکه بسیاری از اجزاء مهندسی به خاطر تنش حرارتی دچار شکست می‌شوند، مطالعه این موضوع اهمیت یافته است. به عنوان مثال، وسایل نقلیه هوایی بسیار سریع، وسایل حمل و نقل فضایی و موشک‌ها، توربین‌های گاز و بخار، موتورهای جت، رأکتورهای هسته ای و شیمیایی راکت‌ها عموماً دچار این گونه شکست می‌شوند. با افزایش سرعت وسایل نقلیه هوایی، افزایش حرارت آئرودینامیکی، ساختار وسیله را با تنش حرارتی مواجه می‌کند. همچنین بسیاری از پالایشگاه‌های نفت برای تعمیر خطوط لوله ای که در اثر تنش حرارتی دچار شکست شده اند، از دور خارج می‌شوند. به خاطر هزینه بالا و تأثیر غیر قابل اجتناب تنش حرارتی، بسیاری از آزمایشگاه‌ها به مطالعه گسترده این موضوع پرداخته اند و اطلاعات زیادی بدست آمده که می‌توانند دارای ارزش عملی مسائل مورد بررسی باشد.

۲۳ مهر ۱۳۹۰