Sådan beregnes termisk stress

I ingeniørmekanik klasser er undersøgelsen af ​​termisk stress og dens virkning på forskellige materialer vigtigt. Kold og varme kan påvirke sådanne materialer som beton og stål. Hvis et materiale ikke kan kontraheres eller udvides, når der er temperaturforskelle, kan termiske belastninger forekomme og forårsage strukturelle problemer. For at kontrollere om problemer, som for eksempel vind og revner i beton, kan ingeniører beregne termiske stressværdier af forskellige materialer og sammenligne dem med etablerede parametre.

Find formlen for termisk stress ved at bruge ligningerne for belastning og Youngs modul . Disse ligninger er:

Ligning 1.) Stammen (e) = A * d (T)

Ligning 2.) Ungers modul (E) = Stress (S) /Stamme .

I spændingsligningen henviser udtrykket "A" til den lineære koefficient for termisk ekspansion for et givet materiale, og d (T) er temperaturforskellen. Youngs modul er forholdet, der relaterer stress til belastning. (Reference 3)

Udskift værdien for Stammen (e) fra den første ligning til den anden ligning givet i trin 1 for at få Youngs modul (E) = S /[A * d (T)].

Multiplicér hver side af ligningen i trin 2 med [A * d (T)] for at finde, at E * [A * d (T)]. = S eller termisk stress.

Brug ligningen i trin 3 til at beregne termisk spænding i en aluminiumstang, der undergår en temperaturændring eller d (T) på 80 grader Fahrenheit. (Reference 4)

Find Youngs modul og termisk ekspansionskoefficient for aluminium fra tabeller, der findes let i maskintekniske bøger, nogle fysikbøger eller online. Disse værdier er E = 10,0 x 10 ^ 6 psi og A = (12,3 x 10 ^ -6 tommer) /(tommer grader Fahrenheit), (Se Resource 1 og Resource 2). Psi står for pund pr. Kvadrat tomme, en måleenhed.

Udskift værdierne for d (T) = 80 grader Fahrenheit, E = 10,0 x 10 ^ 6 psi og A = (12,3 x 10 ^ -6 tommer) /(tommer grader Fahrenheit) givet i trin 4 og trin 5 i ligningen givet i trin 3. Du finder at termisk spænding eller S = (10,0 x 10 ^ 6 psi) (12,3 x 10 ^ -6 tommer) /(tommer grader Fahrenheit)
(80 grader Fahrenheit) = 9840 psi.

TL; DR (For længe, ​​ikke læst)

For at formulere ligningen for termisk stress, det er vigtigt at vide om de forhold, der eksisterer mellem stress, belastning, Youngs modul og Hooke's Law. (Se ressource 3)

Den lineære koefficient for termisk ekspansion er et mål for, hvor meget et materiale udvides for hver grad af temperaturstigning. Denne koefficient er forskellig for forskellige materialer. (Se Resource 1)

Youngs modul er relateret til stivheden af ​​et materiale eller dets elastiske evner. (Reference 3)

Bemærk at eksemplet i trin 5 er en simpel anvendelse af dette princip. Når ingeniører arbejder med konstruktion af bygninger, broer og veje, skal mange andre faktorer også måles og sammenlignes med forskellige sikkerhedsparametre.