Inhoud
In technische mechanica klassen 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.
Zoek de formule voor thermische stress met behulp van de vergelijkingen voor spanning en Young's modulus. Deze vergelijkingen zijn:
Vergelijking 1.) Stam (e) = A * d (T)
Vergelijking 2.) Young's modulus (E) = Stress (S) / Strain (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) = S / te krijgen.
Vermenigvuldig elke kant van de vergelijking in stap 2 met om die E * te vinden. = 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 aan tafels die gemakkelijk te vinden zijn in technische mechanica-boeken, sommige natuurkundeboeken of online. Deze waarden zijn E = 10,0 x 10 ^ 6 psi en A = (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) = 80 graden Fahrenheit, E = 10.0 x 10 ^ 6 psi en A = (12.3 x 10 ^ -6 inch) / (inch graden Fahrenheit) gegeven in stap 4 en stap 5 in de gegeven vergelijking in Stap 3. Je merkt dat de thermische spanning of S = (10.0 x 10 ^ 6 psi)(12,3 x 10 ^ -6 inch) / (inch graden Fahrenheit)(80 graden Fahrenheit) = 9840 psi.