快冷材料熱疲勞

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😴 Thermal Fatigue Life (Coffin-Manson)

From cooling rate, temperature swing amplitude and material constants, computes thermal fatigue life using the Coffin-Manson relation.

📐 計算公式
Coffin–Manson：Δε_p ∝ (2N_f)^c（本工具用等效 ΔT 簡化替代）
依據 Coffin–Manson 關係（以塑性應變幅值為自變數），本工具用等效溫度幅值 ΔT 作簡化替代，快速比較不同快冷方案的熱疲勞壽命，僅供相對比較。
💡 Nf = C × (ΔT × k_cr)^β；k_cr 為冷卻速率影響係數，快冷加劇熱應變導致壽命縮短
⚠️ 注意事項
  • 熱疲勞主要由溫度梯度引起的熱應變迴圈導致
  • 冷卻速率越快，表面與芯部溫差越大，熱應力越高
  • Coffin-Manson 公式適用於低周疲勞（Nf < 10⁵）
  • 標定常數 C 必須由材料熱疲勞試驗迴歸（預設 1e5 僅為量級參考），若誤填疲勞延性係數 0.2~1 的量級，壽命會差幾個數量級
  • 本工具純前端執行，資料不會上傳到伺服器

🕘 最近計算

暫無計算記錄

📚 深度解析：快冷材料熱疲勞計算（Coffin-Manson 簡化式）

💡 常見使用場景

方法
演算法：冷卻速率係數 kCr = 1+0.3×log10(冷卻速率+1)；等效溫度幅值 ΔTeq = ΔT×kCr；熱應變幅值 = 線膨脹係數×ΔTeq；熱疲勞壽命 Nf = C×ΔTeq^β（β<0，C 為由試驗迴歸的標定常數）；熱應力 ≈ 線膨脹係數×ΔT×彈性模量（MPa）；安全裕度 = Nf/1e5；Nf<1000 極短、<1e4 較短、<1e5 適中、否則良好。材料庫：碳鋼 α=12×10⁻⁶/℃、E=206GPa；合金鋼 13/210；鋁合金 23/70；鑄鐵 10/120。
算例
例：碳鋼、冷卻速率 10℃/s、ΔT=300℃、β=−0.6 → kCr 1.3124、ΔTeq 393.73℃、熱應變幅值 4.725×10⁻³、熱應力 741.6MPa。取標定常數 C=100000 時 Nf=2772.58 迴圈、安全裕度 0.0277，評估「熱疲勞壽命較短，注意監控裂紋」。注意 C 是必須由材料熱疲勞試驗迴歸的量級常數（本工具預設 1e5 僅為量級參考）：若誤把疲勞延性係數的量級（約 0.2~1）當作 C 代入，Nf 只有 0.02 迴圈，明顯不合理。

❓ 常見問題（FAQ）

C 與 β 怎麼取？
β 通常在 −0.5~−0.7，金屬材料常取 −0.6；C 是與材料、溫度區間相關的標定常數，必須由熱疲勞試驗資料迴歸得到（本工具預設 1e5 只作量級參考），否則壽命絕對值會差幾個數量級。
為什麼用溫度幅值而不是塑性應變幅值？
標準 Coffin-Manson 以塑性應變幅值為自變數；本工具用等效溫度幅值作簡化替代，便於快速比較不同冷卻方案，但絕對值必須在標定 C 之後才可靠。

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📝工具簡介

快冷材料熱疲勞壽命計算器基於 Coffin-Manson 低周疲勞公式，結合冷卻速率影響係數和材料線膨脹係數，計算快冷工況下材料的熱疲勞壽命，為熱處理工藝和快速冷卻裝置設計提供壽命參考。

✨功能特點

🎯使用場景