یک مبدل با تیوب شیت ثابت حدود ۱۸ ماه کار کرد تا اینکه نشتی جزئی در خروجی پوسته ظاهر شد. بازرسی هیچ خوردگی در تیوب شیت و تیوب‌های سالم را نشان نداد، اما مرکز تیوب شیت به وضوح برآمده شده بود و چندین اتصال انبساطی نزدیک به آن شل شده بودند. گواهی مواد و سوابق جوشکاری مرتب بودند. مشکل از ساخت نبود. این ترکیب بار بود: فشار دیفرانسیلی، انبساط حرارتی دیفرانسیلی و بار پیچ‌ها در یک مکان همسو شده بودند و از فرضی که تیوب شیت بر اساس آن بررسی شده بود — فقط فشار — فراتر رفته بودند.
این مقاله حالت‌های خرابی را فهرست نمی‌کند. این مقاله به سه سوال مهندسان در محل پاسخ می‌دهد و هر پاسخ به ترکیبی از پنج بار که بر روی هر تیوب شیت عمل می‌کنند، باز می‌گردد: فشار دیفرانسیلی سمت تیوب و سمت پوسته، تنش محوری و حلقوی ناشی از فشار، عدم تطابق انبساط حرارتی، تنش حرارتی ناشی از اختلاف دمای تیوب شیت به پوسته، و بار پیچ فلنج.
علامت آشناست: برآمدگی نزدیک مرکز، نشتی در اتصال تیوب به تیوب شیت، از دست دادن آهسته پیش‌بار پیچ. سه بار برای تولید آن ترکیب می‌شوند.
فشار دیفرانسیلی یک بار خمشی عرضی ایجاد می‌کند که توسط سختی خمشی تیوب شیت و تیوب‌ها به عنوان یک پایه الاستیک مقاومت می‌شود. اختلاف دمای تیوب شیت به پوسته یک گشتاور خمشی لبه در آن اتصال اضافه می‌کند، و پیچ‌های فلنج سومی را از طریق فشرده‌سازی واشر اضافه می‌کنند. این سه با عمل در یک جهت، تنش خمشی را از حد مجاز فراتر می‌برند؛ جایی که تیوب شیت برای بار ترکیبی خیلی نازک است، خیز یک مسیر نشتی را در اتصال تیوب باز می‌کند. این رایج‌ترین خرابی در حین کار است، یک مسئله ضخامت و ترکیب بار، نه یک مسئله مواد.
در اینجا تیوب شیت سالم است و تیوب‌ها آسیب قابل مشاهده هستند: خم شده، در وسط بسته برآمده، گاهی اوقات به هم فشرده شده‌اند. علت آن باری است که طراحی تیوب شیت ثابت نمی‌تواند آن را آزاد کند.
هنگامی که پوسته و تیوب‌ها در دماهای متفاوتی کار می‌کنند، به طور متفاوتی منبسط می‌شوند. طراحی تیوب شیت ثابت نمی‌تواند این اختلاف را با حرکت نسبی جذب کند، بنابراین آن را به تنش محوری در تیوب‌ها و پوسته تبدیل می‌کند؛ فراتر از مقدار بحرانی کمانش، تیوب‌ها خم می‌شوند. طرح‌های سر شناور یا U-tube با اجازه دادن به بسته برای حرکت، آن را تسکین می‌دهند. بررسی که آن را تشخیص می‌دهد، یک محاسبه صریح تنش محوری تیوب و کمانش بحرانی است — فقط خیز تیوب شیت این کار را انجام نمی‌دهد.
تیوب از سوراخ تیوب شیت بیرون می‌لغزد، اتصال نشتی می‌کند، انتهای تیوب زیر سطح تیوب شیت قرار می‌گیرد. علت آن نیروی محوری بر روی تیوب است که از ظرفیت نگهداری اتصال انبساطی فراتر می‌رود.
آن نیرو، بارهای محوری ناشی از فشار و انبساط حرارتی را جمع می‌کند. هنگامی که مجموع از ظرفیت اتصال فراتر می‌رود، تیوب بیرون می‌کشد. بیرون کشیدن به همان اندازه که یک مسئله بار است، یک مسئله طراحی اتصال است: طول انبساط، درجه انبساط، هندسه شیار و ضخامت دیواره تیوب، نیروی نگهداری را تعیین می‌کنند، و این توسط تنش خمشی تیوب شیت پیش‌بینی نمی‌شود — نیاز به یک بررسی جداگانه ظرفیت اتصال دارد.
برای مهندسان تدارکات و پروژه، بررسی به سه سوال در نقشه کاهش می‌یابد: کدام ترکیب بار ضخامت تیوب شیت را تعیین می‌کند، آیا مورد کمانش تیوب شیت ثابت بررسی شده است، و ظرفیت اتصال به چه بار محوری مربوط می‌شود؟ هنگامی که آن پاسخ‌ها وجود دارند، طراحی استحکام قابل تأیید است، نه فقط قابل قبول.
فشار دیفرانسیلی، تنش حرارتی اتصال و بار پیچ می‌توانند در یک جهت عمل کنند؛ تیوب شیت خیلی نازک سپس خیز کرده و یک مسیر نشتی را در اتصال تیوب باز می‌کند.
اختلاف دمای پوسته به تیوب تنش فشاری محوری ایجاد می‌کند که تیوب شیت‌های ثابت نمی‌توانند آن را آزاد کنند؛ فراتر از مقدار بحرانی کمانش، تیوب‌ها خم می‌شوند. طرح‌های سر شناور و U-tube آن را تسکین می‌دهند.
نیروی محوری ناشی از فشار به علاوه انبساط دیفرانسیلی از ظرفیت اتصال، که توسط طول انبساط، درجه انبساط، هندسه شیار و ضخامت دیواره تیوب تعیین می‌شود، فراتر می‌رود.
فشار دیفرانسیلی که با انبساط دیفرانسیلی تعامل دارد: هر کدام به تنهایی قابل قبول هستند، اما با هم می‌توانند از تنش خمشی مجاز یا ظرفیت اتصال فراتر روند.
