Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Kemi

Anvendelsen af ​​lineær udvidelse i Engineering

De fleste materialer udvides og kontraheres på grund af temperaturændringer. I dette direkte forhold udvides materialet ved opvarmning og kontrakter, når det afkøles. Ekspansionshastigheden og sammentrækningen er minimal pr. Grad af temperaturændring. Men i store strukturer som broer eller bygning, tilføjer de mindste mængder, hvilket fører til en stor forandring i størrelse. Ingeniører skal redegøre for ændringen og udvikle løsninger til forskellige strukturer for at absorbere ekspansion og sammentrækning.

Linjære udvidelsestabelskoefficienter

Brug Engineering Toolbox's koefficienter for lineær ekspansionstabel til at bestemme ekspansionshastighed for et materiale pr. tommer, pr. temperaturændring. For eksempel er stålens sats 7,3 gange 10 til minus 6 inches pr. Grad Fahrenheit. At konvertere fra videnskabelig notation til reelle tal udvider en kube af stål 1 tommer på en side .0000073 af en tomme, når temperaturen stiger 1 grad Fahrenheit. Dette er omkring 1/50 tykkelsen af ​​et hår.

Tabel figurer til praksis

Du kan måske tro at ekspanderende 1/50 tykkelsen af ​​et hår til stål ikke er meget, men ekspansionskoefficienter tilføje op. For eksempel er Mackinaw-broen i Michigan 5 miles lang. Dette konverterer til 316.800 tommer. Om vinteren kan temperaturen i Michigan dyppe til minus 20 grader Fahrenheit, og om sommeren kan man nå 90 grader Fahrenheit. Dette er en temperaturforskel på 110 grader. Multiplicering .0000073 med 316.800 med 120 giver 254 inches eller ca. 21 fods ekspansion eller sammentrækning.

Udvidelsesproblemer og løsninger

Mackinaw-broproblemet er et lille eksempel på millioner af ekspansion og kontraktionsproblemer ingeniører overvinde hver dag. Ingeniører konstruerer specielle bevægelige led, kaldet ekspansionsled, for at give noget "give" til ekspansion /sammentrækningsproblemet. Hvis Mackinaw-broen ikke havde ekspansionsfuger, ville den rive sig væk fra dens understøtninger, når den ekspanderede. Mackinaw-broen har 31 strategisk placerede ekspansionsled. Disse samlinger låses sammen som fingre og glider over hinanden, når broen bevæger sig. Beton udvider og kontrakter også. Åbninger har sorte strimler med forudindstillede intervaller - det er ekspansionssamlinger til beton. Hvis de ikke var der, ville betonen knække på grund af interne påvirkninger opbygget af ekspansion.

Forskellige materialerproblemer og løsninger

Forskellige materialer placeret ved siden af ​​hinanden udgør deres egne problemer. Mange bilmotorer har støbejernsblokke, men aluminiumshoveder. Aluminiumets lineære ekspansionskoefficient er større end jernens. Når motoren når driftstemperaturen, hvis hovedene udvider for meget, kan hovedboltene gå i stykker. Når afkølet kan hovedboltene løsne. Ingeniører løst problemet ved at udvikle en speciel hovedbolt, kaldet en strækbolt. Strækbolte er lavet af en speciel stålforbindelse og strækker sig bogstaveligt, når de opvarmes. Når aluminiumhovedet udvider sig, strækker bolten sig, så det går ikke i stykker. Når hovedet afkøles, trækkes det tilbage. En strækbolt er næsten som en forår, der kan udvide og kontrakt.

Klik for at udvide hele teksten