Zawartość
Na zajęciach z mechaniki inżynierskiej ważne jest badanie naprężeń termicznych i ich wpływu na różne materiały. Zimno i ciepło mogą wpływać na takie materiały jak beton i stal. Jeśli materiał nie jest w stanie kurczyć się ani rozszerzać, gdy występują różnice temperatur, mogą wystąpić naprężenia termiczne i powodować problemy konstrukcyjne. Aby sprawdzić problemy, takie jak wypaczenia i pęknięcia w betonie, inżynierowie mogą obliczyć wartości naprężeń cieplnych różnych materiałów i porównać je z ustalonymi parametrami.
Znajdź wzór na naprężenie termiczne, korzystając z równań odkształcenia i modułu Younga. Te równania to:
Równanie 1.) Odkształcenie (e) = A * d (T)
Równanie 2.) Moduł Younga (E) = Stres (S) / Strain (e).
W równaniu odkształcenia termin „A” odnosi się do liniowego współczynnika rozszerzalności cieplnej dla danego materiału, a d (T) jest różnicą temperatur. Moduł Younga to stosunek, który wiąże stres z wysiłkiem. (Odniesienie 3)
Zamień wartość odkształcenia (e) z pierwszego równania na drugie równanie podane w kroku 1, aby uzyskać moduł Younga (E) = S /.
Pomnóż każdą stronę równania w kroku 2, aby znaleźć E *. = S lub naprężenie cieplne.
Użyj równania w kroku 3, aby obliczyć naprężenie cieplne w aluminiowym pręcie, który ulega zmianie temperatury lub d (T) o wartości 80 stopni Fahrenheita. (Odniesienie 4)
Znajdź moduł Younga i współczynnik rozszerzalności cieplnej aluminium ze stolików łatwo dostępnych w książkach dla mechaników, niektórych książkach fizyki lub w Internecie. Wartości te wynoszą E = 10,0 x 10 ^ 6 psi i A = (12,3 x 10 ^ -6 cali) / (cale stopnie Fahrenheita), (patrz Zasób 1 i Zasób 2). Psi oznacza funty na cal kwadratowy, jednostkę miary.
Zastąp wartości d (T) = 80 stopni Fahrenheita, E = 10,0 x 10 ^ 6 psi i A = (12,3 x 10 ^ -6 cali) / (cale stopni Fahrenheita) podane w kroku 4 i kroku 5 do podanego równania w kroku 3. Okazuje się, że naprężenie cieplne lub S = (10,0 x 10 ^ 6 psi)(12,3 x 10 ^ -6 cali) / (cale stopnie Fahrenheita)(80 stopni Fahrenheita) = 9840 psi.