Nelle lezioni di meccanica ingegneristica, è importante studiare lo stress termico e il suo effetto su vari materiali. Il freddo e il calore possono influire su materiali come cemento e acciaio. Se un materiale non è in grado di contrarsi o espandersi quando ci sono differenze di temperatura, possono verificarsi tensioni termiche e causare problemi strutturali. Per verificare eventuali problemi, come deformazioni e crepe nel calcestruzzo, gli ingegneri possono calcolare i valori di sollecitazione termica di diversi materiali e confrontarli con i parametri stabiliti.

Trova la formula per lo stress termico utilizzando le equazioni per la deformazione e il modulo di Young . Queste equazioni sono:

Equazione 1.) Deformazione (e) = A * d (T)

Equazione 2.) Modulo di Young (E) = Stress (S) /Deformazione (e) .

Nell'equazione della deformazione, il termine "A" si riferisce al coefficiente lineare di espansione termica per un dato materiale e d (T) è la differenza di temperatura. Il modulo di Young è il rapporto che mette in relazione lo stress con lo sforzo. (Riferimento 3)

Sostituire il valore di Strain (e) dalla prima equazione nella seconda equazione indicata nel passaggio 1 per ottenere il modulo di Young (E) = S /[A * d (T)].

Moltiplicare ciascun lato dell'equazione nel passaggio 2 di [A * d (T)] per trovare che E * [A * d (T)]. = S, o lo stress termico.

Utilizzare l'equazione nella fase 3 per calcolare lo stress termico in una barra di alluminio che subisce un cambiamento di temperatura o d (T) di 80 gradi Fahrenheit. (Riferimento 4)

Trova il modulo di Young e il coefficiente di dilatazione termica dell'alluminio da tabelle facilmente reperibili nei libri di meccanica meccanica, in alcuni libri di fisica o online. Questi valori sono E = 10,0 x 10 ^ 6 psi e A = (12,3 x 10 ^ -6 pollici) /(pollici in gradi Fahrenheit), (Vedi Risorsa 1 e Risorsa 2). Psi significa libbre per pollice quadrato, un'unità di misura.

Sostituire i valori per d (T) = 80 gradi Fahrenheit, E = 10,0 x 10 ^ 6 psi e A = (12,3 x 10 ^ -6 pollici) /(pollici in gradi Fahrenheit) indicati nei passaggi 4 e 5 nell'equazione indicata al punto 3. Si scopre che lo stress termico o S = (10,0 x 10 ^ 6 psi) (12,3 x 10 ^ -6 pollici) /(pollici gradi Fahrenheit)
(80 gradi Fahrenheit) = 9840 psi.

TL; DR (troppo lungo, non letto)

Per formulare l'equazione per termica stress, è importante conoscere le relazioni che esistono tra stress, tensione, modulo di Young e legge di Hooke. (Vedi risorsa 3)

Il coefficiente lineare di espansione termica è una misura di quanto un materiale si espande per ogni grado di aumento di temperatura. Questo coefficiente è diverso per materiali diversi. (Vedi Risorsa 1)

Il modulo di Young è correlato alla rigidità di un materiale o alle sue capacità elastiche. (Riferimento 3)

Si noti che l'esempio del passaggio 5 è una semplice applicazione di questo principio. Quando gli ingegneri lavorano sulla progettazione strutturale di edifici, ponti e strade, anche molti altri fattori devono essere misurati e confrontati con diversi parametri di sicurezza.