Nelle lezioni di ingegneria meccanica, lo studio dello stress termico e il suo effetto su vari materiali è importante. Il freddo e il caldo possono influire su materiali come cemento e acciaio. Se un materiale non è in grado di contrarsi o espandersi in presenza di differenziali di temperatura, possono verificarsi stress termici e causare problemi strutturali. Per verificare la presenza di problemi, come deformazioni e crepe nel calcestruzzo, gli ingegneri possono calcolare i valori di sollecitazione termica di materiali diversi e confrontarli con i parametri stabiliti.

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


Equazione 1.) Sforzo (e) \u003d A * d (T)


Equazione 2.) Modulo di Young (E) \u003d Stress (S) /Strain (e) .


Nell'equazione di 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 collega lo stress alla tensione. (Riferimento 3)


Sostituisci il valore di Deformazione (e) dalla prima equazione alla seconda equazione data nel passaggio 1 per ottenere il modulo di Young (E) \u003d S /[A * d (T)].


Moltiplica ciascun lato dell'equazione nel passaggio 2 per [A * d (T)] per trovare E * [A * d (T)]. \u003d S o stress termico.


Utilizzare l'equazione del passaggio 3 per calcolare lo stress termico in un'asta di alluminio che subisce una variazione di temperatura o d (T) di 80 gradi Fahrenheit. (Riferimento 4)


Trova il modulo di Young e il coefficiente di espansione termica per l'alluminio dalle tabelle che si trovano prontamente nei libri di ingegneria meccanica, in alcuni libri di fisica o online. Questi valori sono E \u003d 10,0 x 10 ^ 6 psi e A \u003d (12,3 x 10 ^ -6 pollici) /(pollici gradi Fahrenheit), (Vedi risorsa 1 e risorsa 2). Psi sta per libbre per pollice quadrato, un'unità di misura.


Sostituisci i valori con d (T) \u003d 80 gradi Fahrenheit, E \u003d 10,0 x 10 ^ 6 psi e A \u003d (12,3 x 10 ^ -6 pollici) /(pollici gradi Fahrenheit) indicati nel passaggio 4 e passaggio 5 nell'equazione fornita nel passaggio 3. Si rileva che lo stress termico o S \u003d (10,0 x 10 ^ 6 psi) (12,3 x 10 ^ -6 pollici) /(pollici gradi Fahrenheit)
(80 gradi Fahrenheit) \u003d 9840 psi.




Suggerimenti


1. Per formulare l'equazione per lo stress termico, è importante conoscere le relazioni esistenti 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 della temperatura. Questo coefficiente è diverso per materiali diversi. (Vedi risorsa 1)
   

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

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