De meeste materialen breiden uit en krimpen als gevolg van temperatuurveranderingen. In deze directe relatie breidt het materiaal uit bij verhitting en trekt het samen wanneer het wordt gekoeld. De mate van uitzetting en samentrekking is minimaal per graad van temperatuurverandering. In grote bouwwerken zoals bruggen of gebouwen worden de minimale hoeveelheden opgeteld, wat leidt tot een grote verandering in grootte. Ingenieurs moeten rekening houden met de verandering en oplossingen ontwikkelen voor verschillende structuren om de uitzetting en samentrekking te absorberen.

Coëfficiënten van lineaire uitzettafel

Gebruik de Coëfficiënten van lineaire uitzettafel van de Engineering Toolbox om de snelheid van uitzetting voor een materiaal per inch, per verandering in temperatuur. Bijvoorbeeld, de snelheid van staal is 7,3 keer 10 tot de min 6 inches per graad Fahrenheit. Om van wetenschappelijke notatie in reële getallen te converteren, breidt een kubus van staal van 1 inch aan een zijde .0000073 van een inch uit wanneer de temperatuur 1 graad Fahrenheit stijgt. Dit is ongeveer 1/50 van de dikte van een haar.

Tabel Cijfers om te oefenen

Je denkt misschien dat het uitzetten van 1/50 van de dikte van een haar voor staal niet veel is, maar wel uitzettingscoëfficiënten optellen. De Mackinaw-brug in Michigan is bijvoorbeeld 5 mijl lang. Dit wordt omgezet naar 316.800 inches. In de winter kan de temperatuur in Michigan dalen tot min 20 graden Fahrenheit, en in de zomer kan het 90 graden Fahrenheit worden. Dit is een temperatuurverschil van 110 graden. Het vermenigvuldigen van .0000073 met 316.800 bij 120 levert 254 inch op, of ongeveer 21 voet van uitzetting of krimp.

Uitbreiding van problemen en oplossingen

Het probleem met de Mackinaw-brug is een klein voorbeeld van de miljoenen uitbreidingen en samentrekking problemen ingenieurs overwinnen elke dag. Ingenieurs ontwerpen speciale beweegbare gewrichten, uitzetvoegen genoemd, om een ​​beetje "te geven" voor het probleem van uitzetting /samentrekking. Als de Mackinaw-brug geen dilatatievoegen had, scheurde deze bij het uitzetten van de steunen af. De Mackinaw-brug heeft 31 strategisch geplaatste dilatatievoegen. Deze verbindingen grijpen in elkaar als vingers en glijden over elkaar wanneer de brug beweegt. Beton breidt zich ook uit en contracteert. Opritten hebben zwarte stroken op vooraf ingestelde intervallen - dit zijn dilatatievoegen voor beton. Als ze er niet waren, zou het beton barsten, als gevolg van interne spanningen opgebouwd door uitzetting.

Ongelijksoortige materialen, problemen en oplossingen

Ongelijke materialen die naast elkaar zijn geplaatst, stellen hun eigen problemen. Veel automotoren hebben gietijzeren blokken, maar aluminiumkoppen. De lineaire uitzettingscoëfficiënt van aluminium is groter dan die van ijzer. Wanneer de motor de bedrijfstemperatuur bereikt en de koppen te veel uitzetten, kunnen de kopbouten breken. Bij afkoeling kunnen de kopbouten loskomen. Ingenieurs hebben het probleem opgelost door een speciale kopbout te ontwikkelen, een spanbout genaamd. Stretchbouten zijn gemaakt van een speciale staalsamenstelling en strekken zich letterlijk uit bij verhitting. Wanneer de aluminium kop uitzet, strekt de bout uit, zodat deze niet zal breken. Wanneer het hoofd afkoelt, trekt het terug. Een spanbout lijkt bijna op een veer, kan uitzetten en samentrekken.