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금속의 열팽창계수와 ASME Section II, Part D, Table TE에 소개된 열팽창계수의 종류에 대해 알아보고, 고온에 노출된 기기의 열팽창량을 계산하는 방법에 대해 학습해보겠습니다.
(we will learn about the thermal expansion coefficient of material and the types of them introduced in ASME Section II, Part D, and how to calculate the thermal expansion amount of object exposed to high temperatures.)
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물성치 : (선)열팽창 계수 자료표 – FOBU 의 블로그
다양한 재료의 열팽창 계수표 ( Thermal expansion cofficient ) – 출처 : Wikipedia. □ 열(선)팽창계수를 이용한 금속의 변화값 계산 ☜ 클릭.
Source: arayse.tistory.com
Date Published: 8/6/2021
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Top 12 열팽창 계수 표 The 136 New Answer
게시판 – 열팽창계수 표 · 열팽창 계수(Coefficient of Thermal Expansion)에 대한 모든 정보 · 물성치 : (선)열팽창 계수 자료표 · 소음, 진동, 윤활분석등 …
Source: toplist.giarevietnam.vn
Date Published: 7/26/2022
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열팽창 계수 표 | [Korean] 금속의 열팽창계수와 열팽창량 계산 …
위 표를 확인하면 열팽창 계수는 10의 -5제곱 또는 10의 -6제곱의 수준을 보이기 때문에 큰 차이가 아니라고 느낄 수 있지만 0.00001의 차이만으로도 …
Source: you.dianhac.com.vn
Date Published: 1/17/2022
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Top 16 열팽창 계수 표 The 44 Top Answers
게시판 – 열팽창계수 표 · 열팽창 계수(Coefficient of Thermal Expansion)에 대한 모든 정보 · 물성치 : (선)열팽창 계수 자료표 · 소음, 진동, 윤활분석등 …
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Date Published: 8/1/2022
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열팽창계수 (thermal expansion coefficient)
열팽창계수 (thermal expansion coefficient). 개요. 물질의 온도가 변하게 되면 부피가 변하게 된다. 금속과 같은 고체는 부피 변화율 보다는 보통 …
Source: mechengineering.tistory.com
Date Published: 10/8/2021
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ISO-17562-Ceramic열팽창계수.pdf
계수와 온도에 대한 순간적인 직선열팽창 계수를 계산하기 위해 사용하였다. … 참고시편의 직선열팽창에 대해 권장되는 값, ∆L ,은 표A1에 나타내었다.
Source: www.randb.co.kr
Date Published: 6/21/2021
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열팽창 – Smithy 스미스
열팽창. 스미스[Smithy] 2018. 5. 3. 16:11. 히터와 같은 열 관련 제품을 제작후 예측하지 못한 문제들이 발생하게 된다. … 참고로 재질별 열팽창계수표를 첨부한다.
Source: blacksmith.tistory.com
Date Published: 9/27/2021
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주제에 대한 기사 평가 열팽창 계수 표
- Author: RPE’s PV \u0026 Tank – 플랜트 장치설계 채널
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- Date Published: 2021. 11. 6.
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열팽창계수 표
2종류의 열팽창계수표를 첨부합니다.
Material Linear Volumetric Notes coefficient α coefficient α V at 20 °C at 20 °C (10 − 6 K − 1) (10 − 6 K − 1) Aluminium 23.1 69 Aluminium nitride 5.3 4.2 Benzocyclobutene 42 126 Brass 19 57 Carbon steel 10.8 32.4 CFRP – 0.8 Anisotropic Fiber direction Concrete 12 36 Copper 17 51 Diamond 1 3 Ethanol 250 750 Gallium(III) arsenide 5.8 17.4 Gasoline 317 950 Glass 8.5 25.5 Glass, borosilicate 3.3 9.9 Gold 14 42 Indium phosphide 4.6 13.8 Invar 1.2 3.6 Iron 11.8 33.3 Kapton 20 60 DuPont Kapton 200EN Lead 29 87 Macor 9.3 Magnesium 26 78 Mercury 61 182 Molybdenum 4.8 14.4 Nickel 13 39 Oak 54 Perpendicular to the grain Douglas-fir 27 75 radial Douglas-fir 45 75 tangential Douglas-fir 3.5 75 parallel to grain Platinum 9 27 PP 150 450 PVC 52 156 Quartz (fused) 0.59 1.77 Quartz 0.33 1 Rubber disputed disputed see Talk Sapphire 5.3 Parallel to C axis, or [001] Silicon Carbide 2.77 8.31 Silicon 2.56 {Z. Phys. B – Condensed Matter 48, 17-21 (1982),
P. Becker, P. Seyfried, and H. Siegert} 9 Silver 18 54 Sitall 0 ± 0.15 0 ± 0.45 average for − 60 ° C to 60 ° C Stainless steel 10.1 ~ 17.3 51.9 Steel 11.0 ~ 13.0 33.0 ~ 39.0 Depends on composition Titanium 8.6 11 – 14 Tungsten 4.5 13.5 Water 69 207 YbGaGe ≐ 0 ≐ 0 Refuted Zerodur ≈ 0.02 at 0…50 ° C
Top 12 열팽창 계수 표 The 136 New Answer
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게시판 – 열팽창계수 표
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열팽창 계수(Coefficient of Thermal Expansion)에 대한 모든 정보
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물성치 : (선)열팽창 계수 자료표
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소음, 진동, 윤활분석등 설비 진단의 기초
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Most searched keywords: Whether you are looking for 소음, 진동, 윤활분석등 설비 진단의 기초 열팽창계수 [ Coefficient of Thermal Expansion ] 온도가 1℃ 상승함에 따라 증가하는 체적을 0℃일 때의 체적으로 제한 몫을 체팽창계수(体膨脹係數), … 열팽창계수 [ Coefficient of Thermal Expansion ] 온도가 1℃ 상승함에 따라 증가하는 체적을 0℃일 때의 체적으로 제한 몫을 체팽창계수(体膨脹係數), 온도가 1℃ 상승함에 따라 증가한 길이를 0℃일 때의 길이..각종 설비 진단 기술을 집약하여 모두에게 ..소음, 진동, 윤활분석등 설비 진단의 기초
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소음, 진동, 윤활분석등 설비 진단의 기초
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열팽창(열과 우리 생활) | 열팽창 계수 표 답을 믿으세요 – Ko.taphoamini.com
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열팽창 계수(Coefficient of Thermal Expansion)에 대한 모든 정보
열팽창 계수(Coefficient of Thermal Expansion)란? 모든 물체는 열을 받으면 온도가 증가하고 이에 비례하여 체적이 늘어난다. 그리고 이와 반대로 외부로 열을 방출하게 되면 온도가 감소하고 그 결과 체적이 감소한다. 예를 들어 단일 재료로 만들어진 정육면체의 금속을 균일하게 온도를 증가시키면 정육면체는 모든 방향으로 일정한 양으로 늘어나게 되고 정육면체 모양을 그대로 유지한다. 하지만 정육면체가 단일의 금속으로 되어 있는 등방성 물체(isotropic material)가 아니고 복합재로 만들어진 이방성 물체(anisotropic material)라면 방향별로 늘어나는 양이 달라지고 이에 따라 더 이상 정육면체의 모양을 유지하지 않게 된다. 이러한 차이는 물질 고유의 열팽창계수가 전자의 경우에서는 모든 방향으로 일정하지만, 후자의 경우에는 구성 재료에 따라 균일하지 않아서 방향별로 팽창되는 양이 달라진다. 열팽창계수는 물체의 온도가 1°C 증가하였을 때 특정한 방향으로 늘어난 길이로 정의된다. 등방성 물체에 있어서는 x, y 및 z 세 방향으로의 열팽창계수가 모두 동일하지만 이방성 물체에 있어서는 세 방향으로의 열팽창계수가 더 이상 동일하지 않다. 열팽창계수는 열전도도(thermal conductivity) 및 비열(specific heat)과 더불어 열전달 현상을 지배하는 주요한 재료 물성치(material property)이다. 다양한 물질의 열팽창계수 모든 재료는 고유의 열팽창계수(CTE)를 가지고 있습니다. FEA 시뮬레이션에서 온도 변화에 의한 구조물의 변형(팽창 또는 수축) 정도를 확인하기 위해서 사용자는 재료의 열팽창계수를 프로그램에 입력해야만 합니다. 실제 재료는 온도 구역별로 CTE가 변할 수 있고 이방성을 가질 수 있습니다. 예를 들어 100°C의 구조물이 101°C가 될 때와 400°C의 구조물이 401°C가 되는 상황은 모두 1°C라는 동일한 온도 변화량이지만 재료에 따라 변형되는 양이 달라질 수 있습니다. 하지만 특별히 재료의 성질이 변형될 정도의 고온 상태에 대한 해석을 수행하는 경우가 아니라면 사용자는 아래의 열팽창계수를 사용할 수 있습니다. 일반적으로 사용되는 재료의 열팽창계수는 아래와 같습니다. 재료 이름 열팽창계수(mm/mm·K) 재료 이름 열팽창계수(mm/mm·K) Steel 17-4PH, H1100 1.280E-05 Alluminium Alloys 1060 Alloy 2.360E-05 AISI 1020 1.500E-05 1345 Alloy 2.400E-05 AISI 1060 1.100E-05 1350 Alloy 2.400E-05 AISI 304 SS Annealed 1.700E-05 2014 Alloy 2.300E-05 AISI_310_SS 1.512E-05 2018 Alloy 2.200E-05 AISI_410_SS 1.008E-05 2024 Alloy 2.300E-05 AISI_Steel_1005 1.260E-05 3003 Alloy 2.300E-05 AISI_Steel_1008-HR 1.260E-05 3003 Alloy 2.320E-05 AISI 4340 Annealed 1.230E-05 6061 Alloy 2.400E-05 AISI_Steel_Maraging 1.010E-05 7049 Alloy 2.200E-05 Alloy Steel 1.300E-05 7079 Alloy 2.500E-05 Cast Alloy Steel 1.500E-05 Al 6061-T6 2.330E-05 Cast Carbon Steel 1.200E-05 Al 6063 2.350E-05 Cast Stainless Steel 1.500E-05 ALDC 2.140E-05 Chrome Stainless Steel 1.100E-05 ALDC 10 2.180E-05 H-1(CR60) 1.000E-06 ALDC 12 2.100E-05 HL-4000 6.500E-05 ALDC 3 2.200E-05 Hp-1 1.620E-05 ALDC 5 2.500E-05 Hp-4 1.620E-05 ALDC 7 2.320E-05 Inconel_718_Aged 1.300E-05 Aluminum_5085 2.500E-05 Plain Carbon Steel 1.300E-05 Aluminum_A356 2.140E-05 S/Steel_PH15-5 1.080E-05 Copper and its Alloys Aluminum Bronze 1.700E-05 Steel 1.179E-05 Brass 1.800E-05 Steel_Rolled 1.728E-05 Bronze 1.782E-05 SUP12 0.000E+00 Copper 1.650E-05 SUS304 1.700E-05 Copper_C10100 1.170E-05 SUS316 1.650E-05 Leaded Commercial Bronze 3.200E-05 SUS316L 1.650E-05 Manganese Bronze 2.200E-05 Wrought Stainless Steel 1.100E-05 Tin Bearing Bronze 1.800E-05 Wrought Copper 2.000E-05 Other Metals AL 1.2T 2.310E-05 Cobalt 1.200E-05 Molybdenum 5.000E-06 Nickel 1.700E-05 Pure Gold 1.400E-05 Pure Lead 5.300E-05 Pure Silver 2.000E-05 Titanium 8.800E-06 Titanium_Annealed 8.900E-06 Tungsten 4.400E-06 Vanadium 8.300E-06 Zirconium 1.100E-05 열팽창계수 차이에 따른 실제 구조물의 변형 차이 위 표를 확인하면 열팽창 계수는 10의 -5제곱 또는 10의 -6제곱의 수준을 보이기 때문에 큰 차이가 아니라고 느낄 수 있지만 0.00001의 차이만으로도 해석 결과는 크게 달라질 수 있습니다. 아래 그림에서는 위에서부터 열팽창계수가 10e-6, 5e-6, 1e-6인 임의의 재료에 대해 모두 동일한 50°C의 온도 변화로 인한 변형 모습을 나타내고 있습니다. 이 결과를 통해 CTE가 클수록 같은 온도 변화 상황에서 물체의 변형이 크게 발생하고, CTE가 작은 물질의 경우 보다 작은 변형이 발생하는 것을 알 수 있습니다. 엔지니어는 각 재료의 CTE에 따라서 구조물의 변형량이 제품의 성능에 어떤 영향이 생길지 예측해야만 합니다. 열팽창을 고려한 실제 CAE 시뮬레이션 사례 해석 목적 – 증착 코팅 장치 속 가열 장치(Heater Block)로부터 가해진 열에 의해 가열되는 탑 리드 및 냉각 파이프에 따른 온도 분포 확인 – 열팽창에 따른 열응력은 ASME Sec.VIII Div.2 준하여 Primary + Secondary stress 구조 안전성 평가 수행 주요 해석 결과 – 내부 고온의 히트 블록 및 탑 리드 내부 냉각관 반영하여 열전달 해석한 결과, 탑 리드 하단부에서 최대 189.97℃, 탑 리드 모서리부에서 최소 78.23℃로 최대편차 111.74℃ 발생함을 확인함 – ASME 2010 SEC.VIII, DIV.2에 따라 각 재료별 허용응력 Sps 값(: Max.(2*Sy or 3*Sm))과 최대 발생 응력을 비교한 결과, 모든 파트에서 약 1.99 이상의 안전율로 해당 구조물은 작동 조건 내에서 구조적 안전성을 확인함
다양한 재료의 열팽창 계수
열팽창계수 [ Coefficient of Thermal Expansion ] 온도가 1℃ 상승함에 따라 증가하는 체적을 0℃일 때의 체적으로 제한 몫을 체팽창계수(体膨脹係數), 온도가 1℃ 상승함에 따라 증가한 길이를 0℃일 때의 길이로 제한 몫을 선팽창계수(線膨脹係數)라고 한다. 0℃ 및 t℃일 때의 체적을 V 0 , V 길이를 ℓ 0 , ℓ, 체팽창계수를 α, 선팽창계수를 β라고 하면, V=V 0 (1+α t ), ℓ=ℓ0(1+β t )로 표시된다. 체팽창계수는 선팽창계수의 약 3배이다. 중요 금속 의 0~100℃에서의 평균 선팽창계수는 다음과 같다. 단, 10만 배로 한 값으로 표시한다. Al 2.38, Sb 1.09, Pb 2.93, Cr 0.84, Fe 1.2, Au 1.43, Ag 1.97, Pt 0.90, Cu 1.71, Mn 2.28, Mo 0.52, Ni 1.30, W 0.45, Zn 2.97, Sn 2.70이다 선 팽창계수[ Coefficient of linear expansion] 과 부피 팽창 어떤 초기 온도 T에서 길이가 L인 막대를 생각해 보자. 그리고 온도가 ΔT 만큼 변했을 때 길이가 ΔL만큼 변했다고 가정해 보자. 실험에 의하면 온도 변화 ΔT가 그리 크지 않다면 ΔL은 ΔT에 정비례한다. 만일 두 개의 막대가 같은 물질로 만들어졌고 길이만 두 배라면 같은 온도 변화에 의한 길이 변화 역시 두 배이다. 따라서 ΔL은 역시 L에도 비례하여야만 한다. 여기서 비례상수 α를 도입하면 선형 열 팽창 에 대한 관계식은 다음과 같이 서술할 수 있다. 여기서 α를 선 팽창계수라 부르며. α의 단위는 혹은 이다. 따라서 α의 값은 각각의 물질마다 다르지만, 이 값이 정확한 정비례관계를 나타내지는 못한다. 이것은 충분히 작은 온도 변화에 대해서 근사적으로 옳으며 주어진 물체의 온도와 온도 간격의 크기에 따라 α이 조금씩 변화한다. 온도 증가는 보통 고체 물질과 액체 물질 모두의 부피 또한 증가시킨다. 마찬가지로 실험에 의하면 온도변화 ΔT가 그리 크지 않다면, 부피 증가량 ΔV도 길이와 마찬가지로 근사적으로 온도 변화와 처음 부피 V에 비례한다. 따라서 부피 열 팽창에 대한 관계식은 상수 β는 물질의 부피 팽창에 대한 특성을 반영하므로 부피 팽창계수라고 부르고, 단위는 α와 동일하다 열적 변형력 만일 막대 양끝을 수축과 팽창을 못하게 클램프로 고정시키고 온도를 변화 시키면 열적 변형력 이라고 부르는 힘이 작용하여, 막대를 압축시키거나 잡아당기는 등의 변형을 가한다. 이때 막대는 팽창하거나 수축하려고 하지만 클램프가 그것을 억제하고 있다. 만일 이렇게 인위적으로 변형을 억제하면 막대를 비가역적으로 변형시키거나 더 나가아서는 부러뜨릴 수도 있다. 이러한 예는 콘크리트가 수축하거나 팽창할 수 있도록 고속도로나 다리의 상판들은 보통 구간 사이를 신축성 있는 물질로 채워놓거나 간격을 띄어 놓게 되며, 열차의 선로 역시 일정 간격으로 띄워 놓아 선로의 비가역적 변형을 예방한다. 고정된 막대의 열적 변형력을 계산하기 위해 막대가 고정되지 않았다면 얼마나 팽창하는지 계산하고, 이로부터 막대를 원래의 길이로 팽창하는데 필요한 변형력을 구할 수 있다. 길이가 L이고 단면적이 A인 막대가 온도가 증가하는 동안 길이를 일정하게 유지하여 장력을 받는다고 가정해 보자. 자유롭게 수축될 때 막대의 길이 변화비는 선 팽창을 이용하면 이다. 여기서 ΔL과 ΔT는 팽창하고 있기 때문에 모두 양수이며, 장력 F는 길이변화를 일으키기에 충분할 만큼 증가하여야 한다. 물체의 장력 변형력을 고려할 때 물체의 원래 길이와 늘어난 길이의 비율을 장력 변형이라 부르며, ΔL/L 로 나타낼 수 있다. 즉, 장력변형은 단위길이당 늘어난 길이를 말하며, 장력 변형력은 장력 변형에 비례하는 훅의 법칙을 만족하게 된다. 따라서 이 비례상수인 탄성률을 Y로 놓으면 로 나타낼 수 있으며, 이 비례상수를 영률이라 부른다. 이제 이 영률 관계식에 막대의 선 팽창을 대입하면 온도에 대한 막대의 장력 열적 변형력을 다음과 같이 나타낼 수 있다. 여기서 온도가 내려가면 ΔT는 음수이므로 F는 양수이다. 그러므로 길이가 변하지 않기 위해서는 장력이 필요하다는 의미이다. 만일 ΔT가 양수이면 F는 음수가 되고 여기에 필요한 변형력은 압축하는 힘이다. 만일 한 물체 내에서 온도가 서로 다르면 고르지 못한 팽창이나 수축이 발생하고 열적 변형력이 생긴다. 뜨거운 물을 유리 그릇에 갑자기 부으면 뜨거운 부분과 차가운 부분 사이에 생긴 열적 변형력이 유리를 깰 수 있는 최소의 힘보다 커져서 금이가 결국, 그릇이 깨지게 될 것이다. product Linear Temperature Expansion Coefficient – α- 10-6 m/m K 10-6 in/in o F ABS (Acrylonitrile butadiene styrene) thermoplastic 73.8 41 ABS -glass fiber-reinforced 30.4 17 Acetal 106.5 59.2 Acetal – glass fiber-reinforced 39.4 22 Acrylic, sheet, cast 81 45 Acrylic, extruded 234 130 Alumina 5.4 3 Aluminum 22.2 12.3 Antimony 10.4 5.8 Arsenic 4.7 2.6 Barium 20.6 11.4 Beryllium 11.5 6.4 Bismuth 13 7.3 Brass 18.7 10.4 Brick masonry 5.5 3.1 Bronze 18 10 Cadmium 30 16.8 Calcium 22.3 12.4 Cast Iron Gray 10.8 6 Cellulose acetate (CA) 130 72.2 Cellulose acetate butynate (CAB) 80 – 95 Cellulose nitrate (CN) 100 55.6 Cement 10 6 Cerium 5.2 2.9 Chlorinated polyvinylchloride (CPVC) 66.6 37 Chromium 6.2 3.4 Clay tile structure 5.9 3.3 Cobalt 12 6.7 Concrete 14.5 8 Concrete structure 9.8 5.5 Constantan 18.8 10.4 Copper 16.6 9.3 Copper, Beryllium 25 17.8 9.9 Corundum, sintered 6.5 3.6 Cupronickel 30% 16.2 9 Diamond (Carbon) 1.18 0.66 Duralumin 23 Dysprosium 9.9 5.5 Ebonite 76.6 42.8 Epoxy, castings resins & compounds 55 31 Erbium 12.2 6.8 Ethylene ethyl acrylate (EEA) 205 113.9 Ethylene vinyl acetate (EVA) 180 100 Europium 35 19.4 Fluoroethylene propylene (FEP) 135 75 Gadolinium 9 5 Germanium 6.1 3.4 German silver 18.4 Glass, hard 5.9 3.3 Glass, Pyrex 4 2.2 Glass, plate 9 5 Gold 14.2 8.2 Granite 7.9 4.4 Graphite, pure 7.9 4.4 Gunmetal 18 Hafnium 5.9 3.3 Hard alloy K20 6 3.3 Hastelloy C 11.3 6.3 Holmium 11.2 6.2 Ice 51 28.3 Inconel 12.6 7 Indium 33 18.3 Invar 1.5 0.8 Iridium 6.4 3.6 Iron, pure 12 6.7 Iron, cast 10.4 5.9 Iron, forged 11.3 6.3 Lanthanum 12.1 6.7 Lead 28 15.1 Limestone 8 4.4 Lithium 46 25.6 Lutetium 9.9 5.5 Magnesium 25 14 Manganese 22 12.3 Marble 5.5 – 14.1 3.1 – 7.9 Masonry 4.7 – 9.0 2.6 – 5.0 Mica 3 1.7 Molybdenum 5 2.8 Monel 13.5 7.5 Mortar 7.3 – 13.5 4.1-7.5 Neodymium 9.6 5.3 Nickel 13 7.2 Niobium (Columbium) 7 3.9 Nylon, general purpose 72 40 Nylon, Type 11, molding and extruding compound 100 55.6 Nylon, Type 12, molding and extruding compound 80.5 44.7 Nylon, Type 6, cast 85 47.2 Nylon, Type 6/6, molding compound 80 44.4 Osmium 5 2.8 Palladium 11.8 6.6 Phenolic resin without fillers 80 44.4 Phosphor bronze 16.7 Plaster 16.4 9.2 Platinum 9 5 Plutonium 54 30.2 Polyallomer 91.5 50.8 Polyamide (PA) 110 61.1 Polybutylene (PB) 72 Polycarbonate (PC) 70.2 39 Polycarbonate – glass fiber-reinforced 21.5 12 Polyester 123.5 69 Polyester – glass fiber-reinforced 25 14 Polyethylene (PE) 200 111 Polyethylene (PE) – High Molecular Weight 60 Polyethylene terephthalate (PET) 59.4 33 Polyphenylene – glass fiber-reinforced 35.8 20 Polypropylene (PP), unfilled 100 – 200 56 – 112 Polypropylene – glass fiber-reinforced 32 18 Polystyrene (PS) 70 38.9 Polysulfone (PSO) 55.8 31 Polyurethane (PUR), rigid 57.6 32 Polyvinyl chloride (PVC) 50.4 28 Polyvinylidene fluoride (PVDF) 127.8 71 Porcelain, Industrial 6.5 3.6 Potassium 83 46.1 Praseodymium 6.7 3.7 Promethium 11 6.1 Quartz 0.77 – 1.4 0.43 – 0.79 Rhenium 6.7 3.7 Rhodium 8 4.5 Rubber, hard 77 42.8 Ruthenium 9.1 5.1 Samarium 12.7 7.1 Sandstone 11.6 6.5 Scandium 10.2 5.7 Selenium 3.8 2.1 Silicon 3 1.7 Silver 19.5 10.7 Slate 10.4 5.8 Sodium 70 39.1 Solder 50 – 50 24 13.4 Steatite 8.5 4.7 Steel 13 7.3 Steel Stainless Austenitic (304) 17.3 9.6 Steel Stainless Austenitic (310) 14.4 8 Steel Stainless Austenitic (316) 16 8.9 Steel Stainless Ferritic (410) 9.9 5.5 Strontium 22.5 12.5 Tantalum 6.5 3.6 Tellurium 36.9 20.5 Terbium 10.3 5.7 Terne 11.6 6.5 Thallium 29.9 16.6 Thorium 12 6.7 Thulium 13.3 7.4 Tin 23.4 13 Titanium 8.6 4.8 Tungsten 4.3 2.4 Uranium 13.9 7.7 Vanadium 8 4.5 Vinyl Ester 16 – 22 8.7 – 12 Wood, fir 3.7 2.1 Wood, oak parallel to grain 4.9 2.7 Wood, oak across to grain 5.4 3 Wood, pine 5 2.8 Ytterbium 26.3 14.6 Yttrium 10.6 5.9 Zinc 29.7 16.5 Zirconium 5.7 d
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열팽창 계수 표 | [Korean] 금속의 열팽창계수와 열팽창량 계산하는 방법 ( Asme Section Ii, Part D, Table Te ) 161 개의 정답
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금속의 열팽창계수와 ASME Section II, Part D, Table TE에 소개된 열팽창계수의 종류에 대해 알아보고, 고온에 노출된 기기의 열팽창량을 계산하는 방법에 대해 학습해보겠습니다.
(we will learn about the thermal expansion coefficient of material and the types of them introduced in ASME Section II, Part D, and how to calculate the thermal expansion amount of object exposed to high temperatures.)
열팽창계수 표 ; Material. Linear ; Material · coefficient α ; Material · at 20 °C ; Material · (10−6 K−1).
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Material Linear Volumetric Notes coefficient α coefficient α V at 20 °C at 20 °C (10 − 6 K − 1) (10 − 6 K − 1) Aluminium 23.1 69 Aluminium nitride 5.3 4.2 Benzocyclobutene 42 126 Brass 19 57 Carbon steel 10.8 32.4 CFRP – 0.8 Anisotropic Fiber direction Concrete 12 36 Copper 17 51 Diamond 1 3 Ethanol 250 750 Gallium(III) arsenide 5.8 17.4 Gasoline 317 950 Glass 8.5 25.5 Glass, borosilicate 3.3 9.9 Gold 14 42 Indium phosphide 4.6 13.8 Invar 1.2 3.6 Iron 11.8 33.3 Kapton 20 60 DuPont Kapton 200EN Lead 29 87 Macor 9.3 Magnesium 26 78 Mercury 61 182 Molybdenum 4.8 14.4 Nickel 13 39 Oak 54 Perpendicular to the grain Douglas-fir 27 75 radial Douglas-fir 45 75 tangential Douglas-fir 3.5 75 parallel to grain Platinum 9 27 PP 150 450 PVC 52 156 Quartz (fused) 0.59 1.77 Quartz 0.33 1 Rubber disputed disputed see Talk Sapphire 5.3 Parallel to C axis, or [001] Silicon Carbide 2.77 8.31 Silicon 2.56 {Z. Phys. B – Condensed Matter 48, 17-21 (1982),
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2종류의 열팽창계수표를 첨부합니다. Material Linear Volumetric Notes coefficient α coefficient α V at 20 °C at 20 °C (10 − 6 K − 1) (10 − 6 K − 1) Aluminium 23.1 69 Aluminium nitride 5.3 4.2 Benzocyclobutene 42 126 Brass 19 57 Carbon steel 10.8 32.4 CFRP – 0.8 Anisotropic Fiber direction Concrete 12 36 Copper 17 51 Diamond 1 3 Ethanol 250 750 Gallium(III) arsenide 5.8 17.4 Gasoline 317 950 Glass 8.5 25.5 Glass, borosilicate 3.3 9.9 Gold 14 42 Indium phosphide 4.6 13.8 Invar 1.2 3.6 Iron 11.8 33.3 Kapton 20 60 DuPont Kapton 200EN Lead 29 87 Macor 9.3 Magnesium 26 78 Mercury 61 182 Molybdenum 4.8 14.4 Nickel 13 39 Oak 54 Perpendicular to the grain Douglas-fir 27 75 radial Douglas-fir 45 75 tangential Douglas-fir 3.5 75 parallel to grain Platinum 9 27 PP 150 450 PVC 52 156 Quartz (fused) 0.59 1.77 Quartz 0.33 1 Rubber disputed disputed see Talk Sapphire 5.3 Parallel to C axis, or [001] Silicon Carbide 2.77 8.31 Silicon 2.56 {Z. Phys. B – Condensed Matter 48, 17-21 (1982), P. Becker, P. Seyfried, and H. Siegert} 9 Silver 18 54 Sitall 0 ± 0.15 0 ± 0.45 average for − 60 ° C to 60 ° C Stainless steel 10.1 ~ 17.3 51.9 Steel 11.0 ~ 13.0 33.0 ~ 39.0 Depends on composition Titanium 8.6 11 – 14 Tungsten 4.5 13.5 Water 69 207 YbGaGe ≐ 0 ≐ 0 Refuted Zerodur ≈ 0.02 at 0…50 ° C
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열팽창 계수(Coefficient of Thermal Expansion)란? 모든 물체는 열을 받으면 온도가 증가하고 이에 비례하여 체적이 늘어난다. 그리고 이와 반대로 외부로 열을 방출하게 되면 온도가 감소하고 그 결과 체적이 감소한다. 예를 들어 단일 재료로 만들어진 정육면체의 금속을 균일하게 온도를 증가시키면 정육면체는 모든 방향으로 일정한 양으로 늘어나게 되고 정육면체 모양을 그대로 유지한다. 하지만 정육면체가 단일의 금속으로 되어 있는 등방성 물체(isotropic material)가 아니고 복합재로 만들어진 이방성 물체(anisotropic material)라면 방향별로 늘어나는 양이 달라지고 이에 따라 더 이상 정육면체의 모양을 유지하지 않게 된다. 이러한 차이는 물질 고유의 열팽창계수가 전자의 경우에서는 모든 방향으로 일정하지만, 후자의 경우에는 구성 재료에 따라 균일하지 않아서 방향별로 팽창되는 양이 달라진다. 열팽창계수는 물체의 온도가 1°C 증가하였을 때 특정한 방향으로 늘어난 길이로 정의된다. 등방성 물체에 있어서는 x, y 및 z 세 방향으로의 열팽창계수가 모두 동일하지만 이방성 물체에 있어서는 세 방향으로의 열팽창계수가 더 이상 동일하지 않다. 열팽창계수는 열전도도(thermal conductivity) 및 비열(specific heat)과 더불어 열전달 현상을 지배하는 주요한 재료 물성치(material property)이다. 다양한 물질의 열팽창계수 모든 재료는 고유의 열팽창계수(CTE)를 가지고 있습니다. FEA 시뮬레이션에서 온도 변화에 의한 구조물의 변형(팽창 또는 수축) 정도를 확인하기 위해서 사용자는 재료의 열팽창계수를 프로그램에 입력해야만 합니다. 실제 재료는 온도 구역별로 CTE가 변할 수 있고 이방성을 가질 수 있습니다. 예를 들어 100°C의 구조물이 101°C가 될 때와 400°C의 구조물이 401°C가 되는 상황은 모두 1°C라는 동일한 온도 변화량이지만 재료에 따라 변형되는 양이 달라질 수 있습니다. 하지만 특별히 재료의 성질이 변형될 정도의 고온 상태에 대한 해석을 수행하는 경우가 아니라면 사용자는 아래의 열팽창계수를 사용할 수 있습니다. 일반적으로 사용되는 재료의 열팽창계수는 아래와 같습니다. 재료 이름 열팽창계수(mm/mm·K) 재료 이름 열팽창계수(mm/mm·K) Steel 17-4PH, H1100 1.280E-05 Alluminium Alloys 1060 Alloy 2.360E-05 AISI 1020 1.500E-05 1345 Alloy 2.400E-05 AISI 1060 1.100E-05 1350 Alloy 2.400E-05 AISI 304 SS Annealed 1.700E-05 2014 Alloy 2.300E-05 AISI_310_SS 1.512E-05 2018 Alloy 2.200E-05 AISI_410_SS 1.008E-05 2024 Alloy 2.300E-05 AISI_Steel_1005 1.260E-05 3003 Alloy 2.300E-05 AISI_Steel_1008-HR 1.260E-05 3003 Alloy 2.320E-05 AISI 4340 Annealed 1.230E-05 6061 Alloy 2.400E-05 AISI_Steel_Maraging 1.010E-05 7049 Alloy 2.200E-05 Alloy Steel 1.300E-05 7079 Alloy 2.500E-05 Cast Alloy Steel 1.500E-05 Al 6061-T6 2.330E-05 Cast Carbon Steel 1.200E-05 Al 6063 2.350E-05 Cast Stainless Steel 1.500E-05 ALDC 2.140E-05 Chrome Stainless Steel 1.100E-05 ALDC 10 2.180E-05 H-1(CR60) 1.000E-06 ALDC 12 2.100E-05 HL-4000 6.500E-05 ALDC 3 2.200E-05 Hp-1 1.620E-05 ALDC 5 2.500E-05 Hp-4 1.620E-05 ALDC 7 2.320E-05 Inconel_718_Aged 1.300E-05 Aluminum_5085 2.500E-05 Plain Carbon Steel 1.300E-05 Aluminum_A356 2.140E-05 S/Steel_PH15-5 1.080E-05 Copper and its Alloys Aluminum Bronze 1.700E-05 Steel 1.179E-05 Brass 1.800E-05 Steel_Rolled 1.728E-05 Bronze 1.782E-05 SUP12 0.000E+00 Copper 1.650E-05 SUS304 1.700E-05 Copper_C10100 1.170E-05 SUS316 1.650E-05 Leaded Commercial Bronze 3.200E-05 SUS316L 1.650E-05 Manganese Bronze 2.200E-05 Wrought Stainless Steel 1.100E-05 Tin Bearing Bronze 1.800E-05 Wrought Copper 2.000E-05 Other Metals AL 1.2T 2.310E-05 Cobalt 1.200E-05 Molybdenum 5.000E-06 Nickel 1.700E-05 Pure Gold 1.400E-05 Pure Lead 5.300E-05 Pure Silver 2.000E-05 Titanium 8.800E-06 Titanium_Annealed 8.900E-06 Tungsten 4.400E-06 Vanadium 8.300E-06 Zirconium 1.100E-05 열팽창계수 차이에 따른 실제 구조물의 변형 차이 위 표를 확인하면 열팽창 계수는 10의 -5제곱 또는 10의 -6제곱의 수준을 보이기 때문에 큰 차이가 아니라고 느낄 수 있지만 0.00001의 차이만으로도 해석 결과는 크게 달라질 수 있습니다. 아래 그림에서는 위에서부터 열팽창계수가 10e-6, 5e-6, 1e-6인 임의의 재료에 대해 모두 동일한 50°C의 온도 변화로 인한 변형 모습을 나타내고 있습니다. 이 결과를 통해 CTE가 클수록 같은 온도 변화 상황에서 물체의 변형이 크게 발생하고, CTE가 작은 물질의 경우 보다 작은 변형이 발생하는 것을 알 수 있습니다. 엔지니어는 각 재료의 CTE에 따라서 구조물의 변형량이 제품의 성능에 어떤 영향이 생길지 예측해야만 합니다. 열팽창을 고려한 실제 CAE 시뮬레이션 사례 해석 목적 – 증착 코팅 장치 속 가열 장치(Heater Block)로부터 가해진 열에 의해 가열되는 탑 리드 및 냉각 파이프에 따른 온도 분포 확인 – 열팽창에 따른 열응력은 ASME Sec.VIII Div.2 준하여 Primary + Secondary stress 구조 안전성 평가 수행 주요 해석 결과 – 내부 고온의 히트 블록 및 탑 리드 내부 냉각관 반영하여 열전달 해석한 결과, 탑 리드 하단부에서 최대 189.97℃, 탑 리드 모서리부에서 최소 78.23℃로 최대편차 111.74℃ 발생함을 확인함 – ASME 2010 SEC.VIII, DIV.2에 따라 각 재료별 허용응력 Sps 값(: Max.(2*Sy or 3*Sm))과 최대 발생 응력을 비교한 결과, 모든 파트에서 약 1.99 이상의 안전율로 해당 구조물은 작동 조건 내에서 구조적 안전성을 확인함
열팽창계수 (thermal expansion coefficient)
열팽창계수 (thermal expansion coefficient) 개요 물질의 온도가 변하게 되면 부피가 변하게 된다. 금속과 같은 고체는 부피 변화율 보다는 보통 길이 변화율로 표현되며 열팽창계수는 이러한 길이 변화율을 나타내는 값이다. 길이 변화량은 전체 길이와 온도변화량에 비례한다. 즉, 온도 증가가 클수록 길이가 길수록 길이 변화량이 크다. 예를 들어 긴 봉재의 경우는 봉의 지름도 증가하지만 지름보다 길이가 더 긴 길이 변화량이 더 크다. 단위 열팽창계수는 단위* 길이 (1) 에 대해 단위* 온도 (1) 변화에 의한 길이의 변화 (단위길이와 같은 단위) 를 나타낸다. (*여기서 단위란 말은 1을 의미한다) 즉, 차원은 ” 길이 / ( 길이 x 온도) ” 혹은 ” / 온도 ” 이다. 쉽게 말해서 길이 1인 재료가 1도 변할 때 길이의 증가양이다. 여기서 단위 길이는 mm, m, inch 와 같이 어느 단위도 될 수도 있다. 마찬가지로 단위 온도도 섭씨 (˚C), 켈빈 (K), 화씨 (˚F) 모두 될 수 있다. 보통 아래와 같이 표현한다. SI 단위계 x 10-6 m / (m ˚C) x 10-6 m / (m K) Inch 단위계 x10-6 inch / (inch ˚F) SI 단위계는 분모와 분자에 둘 다 m 가 있고 inch 단위계에는 둘 다 m나 inch 가 있어 생략해서 쓸 수도 있으나 보통 이렇게 표기한다. x10-6 이 사용되는 이유는 보통 금속의 열팽창 계수의 자리수가 이 수준이기 때문이다. 예로 SUS 304의 경우 열팽창 계수가 16.9×10-6 m / (m ˚C) 이다. m/m 나 inch/inch를 mm/mm 으로 표기해도 열팽창계수 값은 똑같다. 단지 온도 단위가 ˚C 인지 ˚F 인지에 따라 값이 바뀐다. ˚F 표시 열팽창 계수를 ˚C나 K 단위로 변환하려면 1.8을 곱하면 된다 (즉 1 / ˚F = 1.8 / ˚C) 열팽창량 계산식 길이 x 열팽창 계수 x 온도변화량 (일관된 단위를 사용하여야 한다) 예제 앞선 열팽창계수가 16.9×10-6 m / (m ˚C) 인 SUS 304의 경우를 예로 들면 온도 변화가 1 ˚C 인 경우에 길이 1 m의 봉재는 16.9×10-6 m 만큼 길이가 늘어나고 길이 1 mm의 봉재는 16.9×10-6 mm 만큼 길이가 늘어난다. 온도 변화가 100 ˚C 인 경우에 길이 1 m의 봉재는 16.9×10-4 m 만큼 길이가 늘어나고 길이 1 mm의 봉재는 16.9×10-4 mm 만큼 길이가 늘어난다. 열팽창계수 특징 (많은 사람들이 알고 있는 사실과 달리) 열팽창계수는 온도의 함수이며 일반적으로 온도가 증가할수록 값이 커진다. 즉, 0~100 ˚C의 열팽창계수보다 100~200 ˚C의 열팽창 계수가 약간 더 크다. 그러나 보통 상온 부근의 대표값으로 간단히 표기하기도 한다. 또한 열팽창계수를 정확히 나타낼 때에는 일정온도 범위에서 열팽창계수를 나타낸다. 예를 들어 SUS 304의 열팽창 계수를 정확히 표현하면 아래와 같다. 0~100 ˚C 에서 16.9×10-6 m / (m ˚C) 0~315 ˚C 에서 17.3×10-6 m / (m ˚C) 열팽창계수 테이블 아래는 여러재질의 열팽창계수가 나와있는 테이블 (모두 영문) 이다. 금속만 정리 (간단히) 금속만 정리 (많음) 금속만 정리 (매우 많음, 추천, PDF) SUS 와 폴리머, 러버 (추천, PDF) 여러가지 재질
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[KOREAN] 금속의 열팽창계수와 열팽창량 계산하는 방법 ( ASME Section II, Part D, Table TE ) [KOREAN] 금속의 열팽창계수와 열팽창량 계산하는 방법 ( ASME Section II, Part D, Table TE )Read More
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게시판 – 열팽창계수 표
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열팽창 계수(Coefficient of Thermal Expansion)에 대한 모든 정보
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물성치 : (선)열팽창 계수 자료표
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열팽창계수 (thermal expansion coefficient) :: [공학나라] 기계 공학 기술정보
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열팽창계수 (thermal expansion coefficient)
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소음, 진동, 윤활분석등 설비 진단의 기초
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소음, 진동, 윤활분석등 설비 진단의 기초
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5. 각종 물질의 선팽창 계수｜Chip One Stop – 전자부품, 반도체 인터넷 쇼핑몰
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5. 각종 물질의 선팽창 계수｜Chip One Stop – 전자부품, 반도체 인터넷 쇼핑몰
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일본 니시무라 세라믹의 한국 공식 대리점 : 네이버 블로그
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열팽창계수 표
2종류의 열팽창계수표를 첨부합니다. Material Linear Volumetric Notes coefficient α coefficient α V at 20 °C at 20 °C (10 − 6 K − 1) (10 − 6 K − 1) Aluminium 23.1 69 Aluminium nitride 5.3 4.2 Benzocyclobutene 42 126 Brass 19 57 Carbon steel 10.8 32.4 CFRP – 0.8 Anisotropic Fiber direction Concrete 12 36 Copper 17 51 Diamond 1 3 Ethanol 250 750 Gallium(III) arsenide 5.8 17.4 Gasoline 317 950 Glass 8.5 25.5 Glass, borosilicate 3.3 9.9 Gold 14 42 Indium phosphide 4.6 13.8 Invar 1.2 3.6 Iron 11.8 33.3 Kapton 20 60 DuPont Kapton 200EN Lead 29 87 Macor 9.3 Magnesium 26 78 Mercury 61 182 Molybdenum 4.8 14.4 Nickel 13 39 Oak 54 Perpendicular to the grain Douglas-fir 27 75 radial Douglas-fir 45 75 tangential Douglas-fir 3.5 75 parallel to grain Platinum 9 27 PP 150 450 PVC 52 156 Quartz (fused) 0.59 1.77 Quartz 0.33 1 Rubber disputed disputed see Talk Sapphire 5.3 Parallel to C axis, or [001] Silicon Carbide 2.77 8.31 Silicon 2.56 {Z. Phys. B – Condensed Matter 48, 17-21 (1982), P. Becker, P. Seyfried, and H. Siegert} 9 Silver 18 54 Sitall 0 ± 0.15 0 ± 0.45 average for − 60 ° C to 60 ° C Stainless steel 10.1 ~ 17.3 51.9 Steel 11.0 ~ 13.0 33.0 ~ 39.0 Depends on composition Titanium 8.6 11 – 14 Tungsten 4.5 13.5 Water 69 207 YbGaGe ≐ 0 ≐ 0 Refuted Zerodur ≈ 0.02 at 0…50 ° C
열팽창 계수(Coefficient of Thermal Expansion)에 대한 모든 정보
열팽창 계수(Coefficient of Thermal Expansion)란? 모든 물체는 열을 받으면 온도가 증가하고 이에 비례하여 체적이 늘어난다. 그리고 이와 반대로 외부로 열을 방출하게 되면 온도가 감소하고 그 결과 체적이 감소한다. 예를 들어 단일 재료로 만들어진 정육면체의 금속을 균일하게 온도를 증가시키면 정육면체는 모든 방향으로 일정한 양으로 늘어나게 되고 정육면체 모양을 그대로 유지한다. 하지만 정육면체가 단일의 금속으로 되어 있는 등방성 물체(isotropic material)가 아니고 복합재로 만들어진 이방성 물체(anisotropic material)라면 방향별로 늘어나는 양이 달라지고 이에 따라 더 이상 정육면체의 모양을 유지하지 않게 된다. 이러한 차이는 물질 고유의 열팽창계수가 전자의 경우에서는 모든 방향으로 일정하지만, 후자의 경우에는 구성 재료에 따라 균일하지 않아서 방향별로 팽창되는 양이 달라진다. 열팽창계수는 물체의 온도가 1°C 증가하였을 때 특정한 방향으로 늘어난 길이로 정의된다. 등방성 물체에 있어서는 x, y 및 z 세 방향으로의 열팽창계수가 모두 동일하지만 이방성 물체에 있어서는 세 방향으로의 열팽창계수가 더 이상 동일하지 않다. 열팽창계수는 열전도도(thermal conductivity) 및 비열(specific heat)과 더불어 열전달 현상을 지배하는 주요한 재료 물성치(material property)이다. 다양한 물질의 열팽창계수 모든 재료는 고유의 열팽창계수(CTE)를 가지고 있습니다. FEA 시뮬레이션에서 온도 변화에 의한 구조물의 변형(팽창 또는 수축) 정도를 확인하기 위해서 사용자는 재료의 열팽창계수를 프로그램에 입력해야만 합니다. 실제 재료는 온도 구역별로 CTE가 변할 수 있고 이방성을 가질 수 있습니다. 예를 들어 100°C의 구조물이 101°C가 될 때와 400°C의 구조물이 401°C가 되는 상황은 모두 1°C라는 동일한 온도 변화량이지만 재료에 따라 변형되는 양이 달라질 수 있습니다. 하지만 특별히 재료의 성질이 변형될 정도의 고온 상태에 대한 해석을 수행하는 경우가 아니라면 사용자는 아래의 열팽창계수를 사용할 수 있습니다. 일반적으로 사용되는 재료의 열팽창계수는 아래와 같습니다. 재료 이름 열팽창계수(mm/mm·K) 재료 이름 열팽창계수(mm/mm·K) Steel 17-4PH, H1100 1.280E-05 Alluminium Alloys 1060 Alloy 2.360E-05 AISI 1020 1.500E-05 1345 Alloy 2.400E-05 AISI 1060 1.100E-05 1350 Alloy 2.400E-05 AISI 304 SS Annealed 1.700E-05 2014 Alloy 2.300E-05 AISI_310_SS 1.512E-05 2018 Alloy 2.200E-05 AISI_410_SS 1.008E-05 2024 Alloy 2.300E-05 AISI_Steel_1005 1.260E-05 3003 Alloy 2.300E-05 AISI_Steel_1008-HR 1.260E-05 3003 Alloy 2.320E-05 AISI 4340 Annealed 1.230E-05 6061 Alloy 2.400E-05 AISI_Steel_Maraging 1.010E-05 7049 Alloy 2.200E-05 Alloy Steel 1.300E-05 7079 Alloy 2.500E-05 Cast Alloy Steel 1.500E-05 Al 6061-T6 2.330E-05 Cast Carbon Steel 1.200E-05 Al 6063 2.350E-05 Cast Stainless Steel 1.500E-05 ALDC 2.140E-05 Chrome Stainless Steel 1.100E-05 ALDC 10 2.180E-05 H-1(CR60) 1.000E-06 ALDC 12 2.100E-05 HL-4000 6.500E-05 ALDC 3 2.200E-05 Hp-1 1.620E-05 ALDC 5 2.500E-05 Hp-4 1.620E-05 ALDC 7 2.320E-05 Inconel_718_Aged 1.300E-05 Aluminum_5085 2.500E-05 Plain Carbon Steel 1.300E-05 Aluminum_A356 2.140E-05 S/Steel_PH15-5 1.080E-05 Copper and its Alloys Aluminum Bronze 1.700E-05 Steel 1.179E-05 Brass 1.800E-05 Steel_Rolled 1.728E-05 Bronze 1.782E-05 SUP12 0.000E+00 Copper 1.650E-05 SUS304 1.700E-05 Copper_C10100 1.170E-05 SUS316 1.650E-05 Leaded Commercial Bronze 3.200E-05 SUS316L 1.650E-05 Manganese Bronze 2.200E-05 Wrought Stainless Steel 1.100E-05 Tin Bearing Bronze 1.800E-05 Wrought Copper 2.000E-05 Other Metals AL 1.2T 2.310E-05 Cobalt 1.200E-05 Molybdenum 5.000E-06 Nickel 1.700E-05 Pure Gold 1.400E-05 Pure Lead 5.300E-05 Pure Silver 2.000E-05 Titanium 8.800E-06 Titanium_Annealed 8.900E-06 Tungsten 4.400E-06 Vanadium 8.300E-06 Zirconium 1.100E-05 열팽창계수 차이에 따른 실제 구조물의 변형 차이 위 표를 확인하면 열팽창 계수는 10의 -5제곱 또는 10의 -6제곱의 수준을 보이기 때문에 큰 차이가 아니라고 느낄 수 있지만 0.00001의 차이만으로도 해석 결과는 크게 달라질 수 있습니다. 아래 그림에서는 위에서부터 열팽창계수가 10e-6, 5e-6, 1e-6인 임의의 재료에 대해 모두 동일한 50°C의 온도 변화로 인한 변형 모습을 나타내고 있습니다. 이 결과를 통해 CTE가 클수록 같은 온도 변화 상황에서 물체의 변형이 크게 발생하고, CTE가 작은 물질의 경우 보다 작은 변형이 발생하는 것을 알 수 있습니다. 엔지니어는 각 재료의 CTE에 따라서 구조물의 변형량이 제품의 성능에 어떤 영향이 생길지 예측해야만 합니다. 열팽창을 고려한 실제 CAE 시뮬레이션 사례 해석 목적 – 증착 코팅 장치 속 가열 장치(Heater Block)로부터 가해진 열에 의해 가열되는 탑 리드 및 냉각 파이프에 따른 온도 분포 확인 – 열팽창에 따른 열응력은 ASME Sec.VIII Div.2 준하여 Primary + Secondary stress 구조 안전성 평가 수행 주요 해석 결과 – 내부 고온의 히트 블록 및 탑 리드 내부 냉각관 반영하여 열전달 해석한 결과, 탑 리드 하단부에서 최대 189.97℃, 탑 리드 모서리부에서 최소 78.23℃로 최대편차 111.74℃ 발생함을 확인함 – ASME 2010 SEC.VIII, DIV.2에 따라 각 재료별 허용응력 Sps 값(: Max.(2*Sy or 3*Sm))과 최대 발생 응력을 비교한 결과, 모든 파트에서 약 1.99 이상의 안전율로 해당 구조물은 작동 조건 내에서 구조적 안전성을 확인함
열팽창계수 (thermal expansion coefficient)
열팽창계수 (thermal expansion coefficient) 개요 물질의 온도가 변하게 되면 부피가 변하게 된다. 금속과 같은 고체는 부피 변화율 보다는 보통 길이 변화율로 표현되며 열팽창계수는 이러한 길이 변화율을 나타내는 값이다. 길이 변화량은 전체 길이와 온도변화량에 비례한다. 즉, 온도 증가가 클수록 길이가 길수록 길이 변화량이 크다. 예를 들어 긴 봉재의 경우는 봉의 지름도 증가하지만 지름보다 길이가 더 긴 길이 변화량이 더 크다. 단위 열팽창계수는 단위* 길이 (1) 에 대해 단위* 온도 (1) 변화에 의한 길이의 변화 (단위길이와 같은 단위) 를 나타낸다. (*여기서 단위란 말은 1을 의미한다) 즉, 차원은 ” 길이 / ( 길이 x 온도) ” 혹은 ” / 온도 ” 이다. 쉽게 말해서 길이 1인 재료가 1도 변할 때 길이의 증가양이다. 여기서 단위 길이는 mm, m, inch 와 같이 어느 단위도 될 수도 있다. 마찬가지로 단위 온도도 섭씨 (˚C), 켈빈 (K), 화씨 (˚F) 모두 될 수 있다. 보통 아래와 같이 표현한다. SI 단위계 x 10-6 m / (m ˚C) x 10-6 m / (m K) Inch 단위계 x10-6 inch / (inch ˚F) SI 단위계는 분모와 분자에 둘 다 m 가 있고 inch 단위계에는 둘 다 m나 inch 가 있어 생략해서 쓸 수도 있으나 보통 이렇게 표기한다. x10-6 이 사용되는 이유는 보통 금속의 열팽창 계수의 자리수가 이 수준이기 때문이다. 예로 SUS 304의 경우 열팽창 계수가 16.9×10-6 m / (m ˚C) 이다. m/m 나 inch/inch를 mm/mm 으로 표기해도 열팽창계수 값은 똑같다. 단지 온도 단위가 ˚C 인지 ˚F 인지에 따라 값이 바뀐다. ˚F 표시 열팽창 계수를 ˚C나 K 단위로 변환하려면 1.8을 곱하면 된다 (즉 1 / ˚F = 1.8 / ˚C) 열팽창량 계산식 길이 x 열팽창 계수 x 온도변화량 (일관된 단위를 사용하여야 한다) 예제 앞선 열팽창계수가 16.9×10-6 m / (m ˚C) 인 SUS 304의 경우를 예로 들면 온도 변화가 1 ˚C 인 경우에 길이 1 m의 봉재는 16.9×10-6 m 만큼 길이가 늘어나고 길이 1 mm의 봉재는 16.9×10-6 mm 만큼 길이가 늘어난다. 온도 변화가 100 ˚C 인 경우에 길이 1 m의 봉재는 16.9×10-4 m 만큼 길이가 늘어나고 길이 1 mm의 봉재는 16.9×10-4 mm 만큼 길이가 늘어난다. 열팽창계수 특징 (많은 사람들이 알고 있는 사실과 달리) 열팽창계수는 온도의 함수이며 일반적으로 온도가 증가할수록 값이 커진다. 즉, 0~100 ˚C의 열팽창계수보다 100~200 ˚C의 열팽창 계수가 약간 더 크다. 그러나 보통 상온 부근의 대표값으로 간단히 표기하기도 한다. 또한 열팽창계수를 정확히 나타낼 때에는 일정온도 범위에서 열팽창계수를 나타낸다. 예를 들어 SUS 304의 열팽창 계수를 정확히 표현하면 아래와 같다. 0~100 ˚C 에서 16.9×10-6 m / (m ˚C) 0~315 ˚C 에서 17.3×10-6 m / (m ˚C) 열팽창계수 테이블 아래는 여러재질의 열팽창계수가 나와있는 테이블 (모두 영문) 이다. 금속만 정리 (간단히) 금속만 정리 (많음) 금속만 정리 (매우 많음, 추천, PDF) SUS 와 폴리머, 러버 (추천, PDF) 여러가지 재질
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열팽창계수 (thermal expansion coefficient)
열팽창계수 (thermal expansion coefficient)
개요
물질의 온도가 변하게 되면 부피가 변하게 된다. 금속과 같은 고체는 부피 변화율 보다는 보통 길이 변화율로 표현되며 열팽창계수는 이러한 길이 변화율을 나타내는 값이다. 길이 변화량은 전체 길이와 온도변화량에 비례한다. 즉, 온도 증가가 클수록 길이가 길수록 길이 변화량이 크다. 예를 들어 긴 봉재의 경우는 봉의 지름도 증가하지만 지름보다 길이가 더 긴 길이 변화량이 더 크다.
단위
열팽창계수는
단위* 길이 (1) 에 대해
단위* 온도 (1) 변화에 의한
길이의 변화 (단위길이와 같은 단위)
를 나타낸다.
(*여기서 단위란 말은 1을 의미한다)
즉, 차원은 ” 길이 / ( 길이 x 온도) ” 혹은 ” / 온도 ” 이다.
쉽게 말해서 길이 1인 재료가 1도 변할 때 길이의 증가양이다. 여기서 단위 길이는 mm, m, inch 와 같이 어느 단위도 될 수도 있다. 마찬가지로 단위 온도도 섭씨 (˚C), 켈빈 (K), 화씨 (˚F) 모두 될 수 있다.
보통 아래와 같이 표현한다.
SI 단위계
x 10-6 m / (m ˚C)
x 10-6 m / (m K)
Inch 단위계
x10-6 inch / (inch ˚F)
SI 단위계는 분모와 분자에 둘 다 m 가 있고 inch 단위계에는 둘 다 m나 inch 가 있어 생략해서 쓸 수도 있으나 보통 이렇게 표기한다. x10-6 이 사용되는 이유는 보통 금속의 열팽창 계수의 자리수가 이 수준이기 때문이다. 예로 SUS 304의 경우 열팽창 계수가 16.9×10-6 m / (m ˚C) 이다.
m/m 나 inch/inch를 mm/mm 으로 표기해도 열팽창계수 값은 똑같다. 단지 온도 단위가 ˚C 인지 ˚F 인지에 따라 값이 바뀐다. ˚F 표시 열팽창 계수를 ˚C나 K 단위로 변환하려면 1.8을 곱하면 된다 (즉 1 / ˚F = 1.8 / ˚C)
열팽창량 계산식
길이 x 열팽창 계수 x 온도변화량
(일관된 단위를 사용하여야 한다)
예제
앞선 열팽창계수가 16.9×10-6 m / (m ˚C) 인 SUS 304의 경우를 예로 들면
온도 변화가 1 ˚C 인 경우에
길이 1 m의 봉재는 16.9×10-6 m 만큼 길이가 늘어나고
길이 1 mm의 봉재는 16.9×10-6 mm 만큼 길이가 늘어난다.
온도 변화가 100 ˚C 인 경우에
길이 1 m의 봉재는 16.9×10-4 m 만큼 길이가 늘어나고
길이 1 mm의 봉재는 16.9×10-4 mm 만큼 길이가 늘어난다.
열팽창계수 특징
(많은 사람들이 알고 있는 사실과 달리) 열팽창계수는 온도의 함수이며 일반적으로 온도가 증가할수록 값이 커진다. 즉, 0~100 ˚C의 열팽창계수보다 100~200 ˚C의 열팽창 계수가 약간 더 크다. 그러나 보통 상온 부근의 대표값으로 간단히 표기하기도 한다. 또한 열팽창계수를 정확히 나타낼 때에는 일정온도 범위에서 열팽창계수를 나타낸다.
예를 들어 SUS 304의 열팽창 계수를 정확히 표현하면 아래와 같다.
0~100 ˚C 에서 16.9×10-6 m / (m ˚C)
0~315 ˚C 에서 17.3×10-6 m / (m ˚C)
열팽창계수 테이블
아래는 여러재질의 열팽창계수가 나와있는 테이블 (모두 영문) 이다.
금속만 정리 (간단히)
금속만 정리 (많음)
금속만 정리 (매우 많음, 추천, PDF)
SUS 와 폴리머, 러버 (추천, PDF)
여러가지 재질
히터와 같은 열 관련 제품을 제작후 예측하지 못한 문제들이 발생하게 된다. 머 다양한 이유에서 문제가 발생하고 그것들을 해결하기 위해 많은 노력을 한다.
일을 하면서 가만히 보면 발생하는 많은 비중을 차지하는 이유가 설계중에 동종/이종재질간 열팽창에 의해 발생하는 문제점을 고려하지 않은 경우가 있다.
인터넷에 열팽창에 관한 자료를 찾아보면 쉽게 열팽창길이를 계산할수있는 공식을 접할수 있는데 아래와 같다.
처음길이 : X
온도차 : 높은온도-낮은온도 : A
원재료의 고유 열팽창계수 : B
열팽후 길이 : Y
Y = X * (1+B*0.000001*A)
이다.
예를 들면 알루미늄의 열팽창 계수는 23.03 이다. 처음길이가 560 이고, 온도차가 150도 일때 560*(1+23.03*0.000001*150) = 561.93452 이렇게 된다. 즉, 1.93452 만큼 길어진 것이다.
이러한 부분을 감안하고 계산해서 설계를 한다면 열과 관련된 부품, 장비등을 설계하고 제작을 했을때 발생하는 문제점은 많이 줄어들 것이라 생각 된다.
참고로 재질별 열팽창계수표를 첨부한다.
키워드에 대한 정보 열팽창 계수 표
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사람들이 주제에 대해 자주 검색하는 키워드 [KOREAN] 금속의 열팽창계수와 열팽창량 계산하는 방법 ( ASME Section II, Part D, Table TE )
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