In technische mechanieklessen is de studie van thermische stress en het effect ervan op verschillende materialen belangrijk. Koude en warmte kunnen van invloed zijn op materialen zoals beton en staal. Als een materiaal niet kan samentrekken of uitzetten wanneer er temperatuurverschillen zijn, kunnen thermische spanningen optreden en structurele problemen veroorzaken. Om te controleren op problemen, zoals kromtrekken en scheuren in beton, kunnen ingenieurs thermische spanningswaarden van verschillende materialen berekenen en deze vergelijken met vastgestelde parameters.

Vind de formule voor thermische spanning met behulp van de vergelijkingen voor spanning en Young's modulus. Deze vergelijkingen zijn:


Vergelijking 1.) Stam (e) \u003d A * d (T)


Vergelijking 2.) Young's modulus (E) \u003d Stress (S) /Stam (e) .


In de rekvergelijking verwijst de term "A" naar de lineaire thermische uitzettingscoëfficiënt voor een bepaald materiaal en is d (T) het temperatuurverschil. De modulus van Young is de verhouding tussen stress en spanning. (Referentie 3)


Vervang de waarde voor Stam (e) van de eerste vergelijking in de tweede vergelijking gegeven in stap 1 om Young's modulus (E) \u003d S /[A * d (T)] te krijgen.


Vermenigvuldig elke zijde van de vergelijking in stap 2 met [A * d (T)] om die E * [A * d (T)] te vinden. \u003d S, of de thermische spanning.


Gebruik de vergelijking in stap 3 om de thermische spanning te berekenen in een aluminium staaf die een temperatuurverandering of d (T) van 80 graden Fahrenheit ondergaat. (Referentie 4)


Vind de modulus van Young en de thermische uitzettingscoëfficiënt voor aluminium uit tabellen die gemakkelijk te vinden zijn in technische mechanica-boeken, sommige natuurkundeboeken of online. Deze waarden zijn E \u003d 10,0 x 10 ^ 6 psi en A \u003d (12,3 x 10 ^ -6 inch) /(inch graden Fahrenheit), (zie bron 1 en bron 2). Psi staat voor pond per vierkante inch, een maateenheid.


Vervang de waarden voor d (T) \u003d 80 graden Fahrenheit, E \u003d 10.0 x 10 ^ 6 psi en A \u003d (12.3 x 10 ^ -6 inch) /(inch graden Fahrenheit) gegeven in stap 4 en stap 5 in de vergelijking gegeven in stap 3. U vindt dat de thermische spanning of S \u003d (10.0 x 10 ^ 6 psi) (12.3 x 10 ^ -6 inch) /(inch graden Fahrenheit)
(80 graden Fahrenheit) \u003d 9840 psi.




Tips


1. Om de vergelijking voor thermische stress te formuleren, het is belangrijk om te weten over de relaties die bestaan tussen stress, spanning, de modulus van Young en de wet van Hooke. (Zie Bron 3)
   

   De lineaire thermische uitzettingscoëfficiënt is een maat voor hoeveel een materiaal uitzet voor elke graad van temperatuurstijging. Deze coëfficiënt is verschillend voor verschillende materialen. (Zie Bron 1)
   

   De modulus van Young is gerelateerd aan de stijfheid van een materiaal of zijn elastische eigenschappen. (Referentie 3)
   

   Merk op dat het voorbeeld in stap 5 een eenvoudige toepassing van dit principe is. Wanneer ingenieurs werken aan het constructieve ontwerp van gebouwen, bruggen en wegen, moeten vele andere factoren ook worden gemeten en vergeleken met verschillende veiligheidsparameters.