熱応力とは、拘束されている物体に熱変化が加わったときに生じる内力のことです。拘束のない物体の場合は、熱変化が加わったときに自由膨張あるいは、自由収縮します。しかし、物体が拘束されていると、この変形を妨げるように熱応力が発生します。
自由膨張・収縮したときの熱ひずみεrは、温度変化ΔTと、線膨張係数αを用いて、次のように求めることができます。
εr ＝ α・ΔT
物体が拘束されているときは、ひずみが生じないかわりに、熱応力が生じます。このとき、熱応力σはヤング率Eを使って次のように求めることができます。
σ ＝ E・εr ＝ E・α・ΔT
環境変化の激しいところにさらされる拘束物に対しては、熱応力を考慮しておくことが必要不可欠になります。特に脆性材料の場合、急激な熱変化によって、破壊に至ることがあるので注意が必要です。
参考ページ
応力
ひずみ
熱応力に関する本
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