サーマルストレス

車は、様々な部品が組み合わさって動いています。これらの部品は、動くことで熱くなります。部品全体が同じように熱くなれば問題ありませんが、実際には場所によって温度差が生まれます。例えば、エンジンの燃焼室は燃料が燃えるため非常に高温になりますが、その熱がすぐに周りの部品全体に伝わるわけではありません。熱が伝わるには時間がかかるため、部分的に温度の差ができてしまうのです。 このような温度差によって、部品内で膨張と収縮の度合いが異なってきます。 熱くなった部分は膨らもうとしますが、冷たい部分は膨らもうとしません。すると、膨らもうとする部分とそうでない部分で引っ張り合う力が生まれます。また、冷えた部分は縮もうとしますが、まだ熱い部分は縮もうとしません。この場合も、縮もうとする部分とそうでない部分で引っ張り合う力が生まれます。このように、温度差によって部品内で引っ張り合う力が生まれることを、熱応力と呼びます。 熱応力は、部品に様々な影響を与えます。熱応力が小さいうちは、部品がわずかに変形するだけで済みます。しかし、熱応力が大きくなると、部品がひび割れたり、曲がったり、最悪の場合は壊れたりすることもあります。例えば、エンジンのピストンは燃焼室の激しい温度変化にさらされるため、大きな熱応力が発生しやすい部品です。そのため、ピストンは熱に強い材料で作られており、形状も熱応力を分散しやすいように設計されています。 熱応力は車の性能や寿命に大きな影響を与えるため、車を作る上では熱応力をいかに抑えるかが重要な課題です。部品の材質を工夫したり、冷却装置を効果的に配置することで、熱応力を小さくすることができます。また、部品の形を工夫することで、熱応力の集中を防ぎ、部品全体に熱応力を分散させることも可能です。 このように、様々な工夫によって熱応力を制御することで、車は安全に、そして長く走り続けることができるのです。