Calculadora de deformação térmica livre

Informe o coeficiente de dilatação térmica linear do material e a variação de temperatura; a ferramenta aplicará ε_th = αΔT. O resultado aparece como razão de deformação, deformação percentual e microdeformação para facilitar cálculos de engenharia. Resultados positivos indicam expansão livre, enquanto resultados negativos indicam contração livre. O cálculo pressupõe que o material não esteja restringido e que seu coeficiente permaneça constante no intervalo de temperatura informado.

O que a deformação térmica livre representa

A deformação térmica descreve quanto o comprimento de um material mudaria em relação ao comprimento original quando a temperatura varia e nada impede seu movimento. Como é uma razão entre a variação do comprimento e o comprimento inicial, a deformação não possui unidade física. Um valor de 0.0006 significa que cada metro se alongaria livremente em 0.0006 metro nas condições indicadas; a mesma razão vale para milímetros, polegadas ou qualquer outra unidade de comprimento coerente. A calculadora também apresenta o resultado como porcentagem e microdeformação, sendo uma microdeformação igual a um milionésimo de deformação. O sinal tem significado físico. Um coeficiente positivo combinado com aquecimento gera deformação positiva, enquanto o resfriamento gera deformação negativa. Materiais com coeficiente de dilatação térmica negativo invertem essa resposta usual. O cálculo trata apenas da deformação livre. Ele não prevê força nem tensão, pois elas só aparecem quando restrições, peças vizinhas, apoios ou condições de compatibilidade se opõem à mudança dimensional natural.

Como informar o coeficiente e a variação de temperatura

Informe o coeficiente de dilatação térmica linear como um valor recíproco de temperatura, normalmente em 1/K. Tabelas de materiais publicadas costumam mostrar a mesma grandeza em µm/(m·K) ou ppm/K. Essas formas correspondem numericamente à microdeformação por kelvin; portanto, converta-as para 1/K antes de inserir o valor: por exemplo, 12 ppm/K se torna 0.000012 1/K. Informe a variação de temperatura como temperatura final menos temperatura inicial. Assim, uma elevação de 20 °C para 70 °C é +50 °C, e uma queda de 70 °C para 20 °C é −50 °C. Intervalos em kelvin e graus Celsius têm o mesmo valor numérico, então você pode usar qualquer um para ΔT quando o coeficiente estiver por kelvin ou por grau Celsius. Não use uma temperatura absoluta no lugar da variação. A calculadora aceita coeficientes negativos e variações negativas porque ambos podem representar casos reais. Ela exige números finitos e rejeita valores ausentes, texto não numérico, infinito e produtos fora do intervalo numérico finito.

Hipóteses, interpretação e próximos passos

A fórmula ε_th = αΔT pressupõe uma variação uniforme de temperatura, um coeficiente constante durante o intervalo e uma direção do material representada pelo coeficiente informado. Essas hipóteses atendem a muitos cálculos preliminares em faixas moderadas de temperatura. Elas podem ser insuficientes perto de transições de fase, em faixas muito amplas ou para compósitos e materiais anisotrópicos cuja dilatação depende da direção. Nesses casos, use dados específicos da direção e, quando α variar com a temperatura, integre o coeficiente ao longo do percurso térmico em vez de multiplicar um único valor constante. A deformação térmica livre também não é igual à deformação total medida em um componente carregado: deformação mecânica, fluência, retração e outros efeitos podem contribuir. Se você precisar da variação real do comprimento, multiplique a razão de deformação pelo comprimento original. Se a expansão estiver total ou parcialmente restringida, uma análise estrutural ou de tensão térmica deverá considerar rigidez, condições de contorno, geometria e comportamento do material. Use este resultado como o componente térmico não restringido de uma análise mais ampla, e não como uma previsão isolada de tensão.